Механизм работы асинхронного электродвигателя

Простейшим по своему устройству и самым распространенным является асинхронный двигатель, изобретенный  М. О. Доливо-Добровольским. Принцип его работы основан на действии вращающегося магнитного поля на приспособленную для вращения короткозамкнутую обмотку. Для усиления магнитного поля и придания ему должной конфигурации обмотки асинхронного двигателя размещены на двух сердечниках, которые собираются из листов электротехнической стали толщиной 0.5 мм. Листы друг от друга изолированы слоем лака для уменьшения потерь на вихревые токи.

Схема устройства асинхронного двигателя

Схема устройства асинхронного двигателя.

У неподвижной части машины, статора, сердечник имеет форму полного цилиндра. В пазах с внутренней стороны этого сердечника уложена трехфазная обмотка. Эта обмотка включается под напряжение трехфазной сети, и возникающие в ней токи возбуждают вращающееся магнитное поле машины.

У подвижной части, ротора, сердечник имеет форму цилиндра. Он укреплен на валу машины. В пазах на поверхности сердечника размещается обмотка ротора, в большинстве случаев короткозамкнутая. Если ее мысленно снять с сердечника, то она будет иметь вид цилиндрической клетки из медных или алюминиевых стержней, замкнутых на торцах двумя кольцами из того же материала. Такую обмотку называют «беличьим колесом». Стержни обмотки вставляются в пазы ротора без изоляции. Часто короткозамкнутая обмотка ротора изготавливается путем заливки расплавленным алюминием пазов сердечника. Причем отливаются и замыкающие кольца.

Схема управления асинхронным двигателем

Схема управления асинхронным двигателем.

Обмотка статора электродвигателя выполняется изолированным проводом и укладывается в пазы статора. Каждая из катушек распределяется по нескольким пазам. Если обмотка состоит из трех катушек, то трехфазная система токов, ее обтекающих, возбуждает вышеописанное двухполюсное вращение. За один период переменного тока такое поле делает один оборот. Следовательно, при стандартной промышленной частоте 50 Гц,  т. е. 50 периодов в секунду, двухполюсное поле делает 50 х 60 =3000 об./мин. Скорость вращения ротора обычно лишь  на несколько процентов меньше скорости вращения поля.

Чтобы получить двигатель с меньшей скоростью поля, нужно посредством многополюсной обмотки увеличить число полюсов вращающегося магнитного поля. Каждым трем катушкам статорной обмотки соответствует одна пара полюсов вращающегося поля. Следовательно, если трехфазная обмотка статора состоит из К катушек. то число пар полюсов вращающегося поля, возбуждаемого этой обмоткой, будет: Р=К:З.

Направление вращения ротора асинхронного двигателя определяется направлением вращения его магнитного поля.

А направление вращения поля обуславливается последовательностью фаз А, В, С трехфазной сети. Для изменения направления вращения двигателя достаточно изменить соединение обмотки статора с сетью, чтобы зажим статора, соединенный первоначально с фазой А сети, был бы присоединен к фазе В сети. Соответственно, зажим статора, соединенный с фазой В сети, должен быть соединен с фазой А сети. Соединение третьего зажима статора с сетью остается без изменений.

Пока ротор неподвижен, условия в асинхронном двигателе подобны условиям в трансформаторе: первичной обмотке трансформатора соответствует обмотка статора, а вторичной - обмотка ротора. Напряжение на зажимах каждой фазной обмотки статора уравновешивается ЭДС, индуктируемой в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Ток в обмотке ротора индуктируется вращающимся магнитным полем.

Схема принципа работы асинхронного двигателя

Схема принципа работы асинхронного двигателя.

Согласно принципу Ленца, этот индуктированный ток стремится ослабить магнитное поле, его индуктирующее. Но ослабление магнитного поля уменьшает ЭДС, индуктируемую этим полем в обмотке статора. Следовательно, нарушается электрическое равновесие на зажимах статора. Так образуется неуравновешенный избыток напряжения. Это вызывает увеличение силы тока в обмотке статора. Ток статора усиливает магнитное поле примерно до его прежней величины, и электрическое равновесие на зажимах статора восстанавливается.

Соотношение токов статора и ротора в асинхронном двигателе подобно соотношениям первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является ненамагничивающим, а ток ротора – размагничивающим. Всякое изменение тока ротора вызывает  пропорциональное изменение тока статора.

http://www.youtube.com/watch?v=5tZjzpUa_ok

При пуске двигателя в ход вращающееся магнитное поле пересекает обмотку ротора с большой скоростью (угловой скоростью W:P) и индуктирует в ней значительную ЭДС. Эта ЭДС создает в короткозамкнутом роторе большой пусковой ток. Соответственно, и в обмотке статора возникает тоже значительный пусковой ток. Он больше рабочего тока двигателя примерно раз в семь. Пусковой толчок тока характерен для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

По мере того как скорость ротора возрастает. уменьшается индуктируемая в нем ЭДС, а вместе с ней уменьшаются токи ротора и статора. В конце пуска ненагруженного  двигателя сила тока ротора должна быть такой, чтобы вращающий момент, развиваемый двигателем, покрывал все его механические потери от трений в подшипниках о воздух и т. д.

Если нагрузить уже вращающийся асинхронный двигатель, то механический тормозящий момент на валу двигателя сначала окажется дольше вращающего момента и ротор уменьшит скорость n2 /. Соответственно, возрастет разность скоростей n1 – n2 поля и ротора, т. е. увеличится скольжение.

http://www.youtube.com/watch?v=0bnY6LWnME0

Вращающееся поле будет пересекать ротор с относительно большой скоростью и индуктировать в роторе большую ЭДС. Возрастание ЭДС вызовет увеличение силы тока в роторе. Пропорционально силе тока возрастет вращающий момент и уравновесит тормозящий момент нагрузки на валу двигателя.Одновременно увеличение силы тока ротора вызовет соответствующее повышение силы тока статора, в результате чего возрастет и потребление мощности двигателем из сети. Таким образом, с увеличением нагрузки на валу двигателя возрастает скольжение, силы тока статора и потребление мощности двигателем из сети.

КОММЕНТАРИИ
  • Добавить комментарий

Top