II. Получение вращающегося магнитного поля и принцип действия АД.

Основой действия асинхронного двигателя является вращающееся магнит­ное поле. Принцип получения вращающегося магнитного поля заключа­ется в том, что если по системе проводников, распределенных в пространстве по окружности, протекают токи, сдвинутые по фазе, то в пространстве созда­ется вращающееся поле.

Рассмотрим получение вращающегося поля в трехфазном двигателе. На рис. 11.3 показаны три фазные обмотки A – X, B – Y, C – Z, каждая в виде од­ного витка. От источника питания к обмоткам подводится трехфазная система токов

; ; . (11.1)

Положительные направления токов приняты от начала обмотки к концу, а соответствующие им пульсирующие магнитные потоки образуют трехфазную звезду .

Рассмотрим результирующий магнитный поток для нескольких моментов времени.

В начальный момент времени при = 0

а) б)

Рис. 11.3

Им соответствуют магнитные потоки

; ; ,

где – максимальное значение потока фазы.

Результирующий магнитный поток в 1,5 раза больше фазного и направлен по вертикали вниз.

В момент времени токи в обмотках

.

Этим токам соответствуют магнитные потоки

; .

На рис. 11.4 б показаны векторы результирующего магнитного потока и его составляющие. Направление потока отличается от предыдущего на 90°, а его значение не изменилось

.

В момент времени , соответствующий , токи в обмотках:

Этим токам соответствуют магнитные потоки

.

На рис. 11.4 в показаны результирующий магнитный поток и его состав­ляющие. По сравнению с начальным моментом времени результирующий маг­нитный поток изменил направление на 180°, а его значение осталось неизмен­ным и равным

. ; .

Таким образом, трехфазная обмотка, питаемая сдвинутыми на 120° токами, создает вращающееся магнитное поле. Результирующий поток остается неизмен­ным и равным 1,5 от максимального потока фазы. Направление этого потока все­гда совпадает с направлением магнитного потока той фазы, ток в которой в данный момент максимален. Поэтому для изменения направления вращения необходимо поменять местами любые две фазы.

Рассмотренные примеры относятся к двухполюсному исполнению об­мотки ( ) при частоте вращения поля . В общем случае частота вращения поля

,

где – число пар полюсов машины; – частота тока статора.

Итак, трехфазная обмотка статора создает магнитное поле, вращающееся со ско­ростью

.

Электромагнитное взаимодействие между статором и ротором возникает только при неравенстве скорости поля статора и скорости вращения ротора.

Отношение

(11.3)

Рис. 11.5

или

(11.4)

называется скольжением асинхронной машины.

В зависимости от соотношения и разли­чают три режима работы: в режиме двигателя; в ре­жиме генератора; в режиме электромагнитного тор­моза.

Работа в режиме двигателя. На рис. 11.5 пока­зано магнитное поле статора, вращающееся по часо­вой стрелке. При линии поля статора перемещаются относительно ротора также по часовой стрелке со скоростью . Согласно правилу правой руки ЭДС в проводниках ротора под северным полюсом направлены к нам, в проводниках под южным полюсом – от нас. То же направление имеют и активные составляю­щие токов в проводниках. Электромагнитные силы взаимодействия магнитных полей статора и ротора создают вращающий момент в направлении вращения поля статора. Скорость , с которой вращается двигатель, зависит от его нагрузки. При холостом ходе скорость становится почти равной , так как при = 0 ЭДС и токи в роторе равны нулю и электромагнитное взаимодействие исчезает. Таким образом, асинхронная машина работает в режиме двигателя в преде­лах от = 0 до , т.е. при скольжении от +1 до 0. При этом электрическая энергия, подводимая к статору из сети, преобразовывается в ме­ханическую энергию на валу.

Работа в режиме генератора. Предположим, что подключенный к сети статор создает вращающееся магнитное поле, а ротор приводится во вращение в том же направлении со скоростью . В этом случае скольжение будет отрицательным, а ЭДС и токи ротора изменяют направление по сравнению с ра­ботой в режиме двигателя. Момент на валу становится тормозящим по отноше­нию к вращающему моменту первичного двигателя. Асинхронная машина ра­ботает генератором. Механическая энергия, подведенная к валу, преобразовы­вается в электрическую энергию и отдается в сеть. Таким образом, асинхронная машина может работать в режиме генера­тора параллельно с сетью в пределах от до , т.е. при скольжении от до .

Работа в режиме электромагнитного тормоза. Допустим, что ротор при­водится во вращение против направления вращения магнитного потока статора. В этом случае к асинхронной машине подводится энергия с двух сторон – элек­трическая из сети и механическая от первичного двигателя. Такой режим ра­боты называется режимом электромагнитного тормоза. Он возникает при скольжении от до . Примером практического применения режима электромагнитного тор­моза является опускание груза в подъемно-транспортных устройствах.