ПРИНЦИП РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

В асинхронных двигателях вращающееся магнитное поле создается трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть трехфазного переменного тока (рис.106а).

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводника обмотки ротора и индуктирует в ней эдс (рис.106б). Если обмотка замкнута, то в ней под действием индуктируемой эдс начинает протекать ток.

а б в

Рис. 106 Принцип действия асинхронного двигателя.

В результате взаимодействия тока в роторной обмотке с вращающимся магнитным полем статорной обмотки создается вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться. На рис. в выделена часть окружности ротора, на которой находится один проводник его обмотки. Поле статора представлено северным полюсом N, который вращается в пространстве и вокруг ротора с числом оборотов n₁ в минуту по часовой стрелке. Следовательно, полюс N перемещается относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом проводнике создается эдс, которая согласно правилу правой руки будет направлена от доски к студенту ( знак – точка). Если обмотка ротора замкнута, то под действием эдс по этой обмотке будет протекать ток, направленный в проводнике к нам.

В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки ротора с магнитным полем статора возникает электромагнитная сила F, которая будет перемещать проводник в направлении, определяемом по правилу левой руки, т.е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ротора, умножим на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо силы), то получим вращающий момент, развиваемый током этого проводника. Так как на роторе размещается большое количество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников на плечо, определяет суммарный вращающий момент, развиваемый двигателем. Под действием этого момента ротор приходит в движение - начнет вращаться по направлению вращения магнитного поля. Причем скорость вращения ротора

(9-13)

В рабочем режиме ротор двигателя вращается с числом оборотов в минуту меньшим числа оборотов вращающегося магнитного поля статора причем магнитное поле и ротор вращаются в одном направлении.

Степень отставания ротора от вращающегося магнитного поля характеризуется скольжением S. Причем величина

(9-14)

Если ротор неподвижен ( , то скольжение равно единице S = 1.

Если ротор вращается синхронно с магнитным полем, т.е. с одинаковой скоростью

( то скольжение равно нулю S =0.

Таким образом, чем больше скорость ротора, тем меньше скольжение.

В рабочем режиме асинхронного двигателя скольжение обычно составляет 3-5%, т.е. ротор вращается с числом оборотов, очень мало отличающимся от числа оборотов магнитного поля статора.

Например, при и скольжении величина

Двигатель будет работать устойчиво с постоянной скоростью ротора при равновесии моментов, т.е. если вращающий момент двигателя будет равен тормозящему моменту на валу двигателя , который развивает, например, резец токарного станка. Следовательно, можно записать следующее равенство:

. (9-15)

Если нагрузка на валу машины увеличилась, т.е. увеличился тормозящий момент, то вышеприведенное равенство нарушается. Это приводит к уменьшению числа оборотов ротора , т.е. увеличению скольжения. При этом эдс, индуктированная в обмотке ротора возрастает, а следовательно, увеличивается ток в роторе, и увеличивается вращающий момент двигателя. Увеличение скольжения и тока в роторе будет происходить до тех пор, пока не восстановится равновесие моментов на вале двигателя.

То же самое происходит при уменьшении нагрузки двигателя, но уже в обратном направлении. В этом проявляется явление саморегулирования, что наблюдается и в трансформаторе.

Работа асинхронного двигателя принципиально подобна работе трансформатора. При увеличении нагрузки на валу асинхронного двигателя увеличивается скольжение и ток в роторе, а, следовательно, увеличивается и ток в обмотке статора. В трансформаторе происходит то же при увеличении тока во вторичной обмотке. Разница между асинхронной машиной и трансформатором лишь конструктивная: у асинхронного двигателя имеется вращающаяся часть, чего нет в трансформаторе.