Асинхронным двигателем называется двигатель переменного тока, у которого частота вращения ротора меньше частоты вращения магнитного поля статора и зависит от нагрузки на валу.

Благодаря простоте конструкции, удобству эксплуатации и надежности асинхронный двигатель стал самым распространенным двигателем в промышленности.

Асинхронный двигатель состоит из двух основных частей:

● неподвижного статора;

● вращающегося ротора.

Сердечники статора и ротора, разделенные небольшим воздушным зазором (0,3-1,0 мм), составляют магнитную цепь машины. Для уменьшения потерь на вихревые токи они набираются из штампованных листов (рис. 5.6) электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака или окалины.

В пазы, расположенные на внутренней поверхности статора, укладывается трехфазная обмотка из изолированного медного провода. Каждая фаза обмотки занимает 1/3 пазов статора. Таким образом все три фазы А, В, С обмотки статора смещены в пространстве под углом 120^° одна относительно другой (рис. 6.2). Обмотка соединяется по схеме “звезда” или “треугольник”.

При питании такой системы обмоток трехфазным переменным током в статоре создается вращающееся магнитное поле.

Схема соединений обмоток статора зависит от расчетного напряжения двигателя и номинального напряжения сети. Если в паспорте двигателя указано 220/380, то числитель соответствует схеме соединения обмоток в треугольник, при линейном напряжении сети 220 В.

Рис.5.6. Разрез сердечников статора и ротора:

1 - пластина статора; 4 - паз ротора;

2 - паз статора; 5 - отверстие для насадки на вал;

3 - пластина ротора; 6 - воздушный зазор

По устройству обмотки ротора асинхронные двигатели делятся на два типа:

● двигатели с короткозамкнутым ротором;

● двигатели с фазным ротором (с контактными кольцами).

Обмотка короткозамкнутого ротора выполняется из медных или алюминиевых стержней, запрессованных в пазы ротора. По торцам стержни привариваются к кольцам из того же материала. В целом обмотка образует проводящую металлическую клетку, напоминающую “беличье колесо” (рис. 5.8.). В настоящее время у всех двигателей мощностью до 100 кВт “беличье колесо” делается из алюминия путем заливки под давлением в пазы ротора. Одновременно со стержнями ротора отливаются боковые кольца и крыльчатка вентилятора. Обмотка фазного ротора выполняется по типу трехфазной обмотки статора из изолированного медного провода и соединяется в “звезду”. Три свободных конца обмотки подключаются к трем латунным контактным кольцам, насаженным на вал двигателя. С помощью неподвижных щеток, наложенных на контактные кольца, в цепь ротора можно включить пусковой или регулировочный резистор.

Рис.5.7. Расположение фаз обмоток в сердечнике статора

Принцип работы асинхронного двигателя не зависит от конструктивных особенностей ротора. При включении статорной обмотки в трехфазную сеть создается вращающееся магнитное поле с неизменной амплитудой Ф_m.

Частота вращения поля (синхронная скорость) n₁ определяется частотой тока сети f₁ и числом пар полюсов р обмотки статора:

= (5.15)

При стандартной частоте f₁ = 50 Гц синхронная частота n₁ может принимать следующие значения:

3000 об/мин (если р = 1);

1500 об/мин (если р = 2);

1000 об/мин (если р = 3) и т.д.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора ЭДС Е₂:

E₂=4,44w₂k₂f₂Ф_m , (5.16)

где w₂ - число витков фазы роторной обмотки;

k₂ - обмоточный коэффициент, учитывающий распределение обмотки по окружности ротора (обычно k₂ = 0,92-0,95);

f₂ - частота ЭДС ротора;

Ф_m - магнитный поток, приходящейся на полюс.

Рис.5.8. Обмотка ротора типа “беличье колесо”

Поскольку обмотка ротора замкнута, по ней течет ток . Согласно закону Ампера, он будет взаимодействовать с вращающимся магнитным полем статора. Возникает вращающийся момент, под действием которого ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного поля. Частота вращения ротора всегда несколько меньше частоты вращения поля статора :

s= . (5.17)

Отношение разности между частотой вращения поля статора и частотой вращения ротора к частоте вращения поля статора называется скольжением.

Номинальное скольжение , соответствующее номинальной нагрузке двигателя, составляет 0,02¸0,08.