Принцип действия асинхронного двигателя

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Принцип действия асинхронного двигателя

Принцип действия асинхронного двигателя основан на двух законах электротехники: законе электромагнитной индукции и законе электромагнитных сил.

Закон электромагнитной индукции: если проводник перемещается относительно магнитного потока или поток перемещается относительно проводника, то магнитные линии потока пересекают проводник и в нем индуктируется ЭДС:

(2.3)

где В – магнитная индукция в месте нахождения проводника, Тл;

активная длина проводника, т. е. длина проводника пересекаемого магнитным потоком, м;

линейная скорость перемещения проводника относительно потока или потока относительно проводника, м/с.

Направление индуктируемой ЭДС определяется по правилу правой руки.

Закон электромагнитных сил: на проводник с током, находящийся в магнитном потоке действует электромагнитная сила

(2.4)

где магнитная индукция, Тл;

активная длина проводника, м;

сила тока, А.

Направление силы определяется по правилу левой руки.

Электромагнитная схема асинхронного двигателя (рисунок 2.3) отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размещена на неподвижном статоре 1, а вторичная – на вращающемся роторе 3. Обмотка статора 2 трехфазная, катушки ее размещены равномерно по окружности статора. Фазы обмотки статора С1 – С4, С2 – С5, С3 – С6 соединены в Y или в Δ и подключают к сети трехфазного тока. Обмотка ротора 4 в простейшем случае является короткозамкнутой.

При питании обмотки статора трехфазным током создается вращающийся магнитный поток, частота вращения которого (синхронная), об/мин,

. (2.5)

Данный поток является постоянным по величине, но изменяющимся по направлению. Учитывая, что угловая частота вращения магнитного поля , 1/с, имеем

. (2.6)

Анализ (2.65) и (2.6) показывает, что и ω1 не зависят от нагрузки. Увеличение числа пар полюсов приводит к уменьшению и ω1, а увеличение частоты питающего напряжения – к их увеличению.

Рисунок 2.3 – Электромагнитная схема

асинхронного двигателя

Вращающееся магнитное поле статора индуктирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходят токи, направление которых определяют по правилу правой руки. При этом следует иметь в виду, что если магнитное поле вращается по часовой стрелке, то относительное направление вращения проводника ротора нужно принимать противоположным направлению движения часовой стрелки.

Взаимодействие магнитного поля статора и токов в роторе создает электромагнитные силы, направление которых определяется правилом левой руки. Суммарное усилие F РЕЗ, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент достаточен для начала вращения ротора, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента М тормозному, приложенному к валу от рабочего механизма и внутренних сил трения. Такой режим работы асинхронной машины является двигательным и, очевидно, при нем .

Относительную разность частот вращения магнитного поля и ротора называют скольжением:

; (2.7)

скольжение часто выражают в процентах:

. (2.8)

Очевидно, что при двигательном режиме .

При номинальной нагрузке скольжение обычно находится в пределах 0,015 – 0,03 или 1,5 – 3%; при холостом ходе оно составляет доли процента. Поэтому частота вращения ротора близка к частоте вращения магнитного поля статора и мало изменяется при возрастании нагрузки.

При неподвижном роторе скольжение достигает максимального значения (s = 1), так как . В начальный момент пуска . Из (2.7) следует, что

. (2.19)

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и в режиме электромагнитного тормоза. Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постороннего двигателя вращается в направлении вращения поля статора с частотой n 2, большей чем n 1. Скольжение в этом режиме отрицательно. Теоретически можно как угодно увеличивать частоту вращения ротора n 2 относительно вращающегося магнитного поля. Поэтому работа асинхронной машины в генераторном режиме соответствует скольжению в пределах от 0 до . Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникнет режим электромагнитного тормоза. Так как частота вращения ротора в этом режиме отрицательна, то, согласно (2.7), s > 1. Режим электромагнитного тормоза начинается при и может продолжаться теоретически до n 2 = , поэтому скольжение находится в пределах от 1 до .

Таким образом скольжение асинхронной машины может изменяться от до . На рисунке 2.4 даны пределы изменения скольжения, а также показаны направления вращения ротора и магнитного поля при различных режимах работы машины.

Рисунок 2.4 –Изменение частоты вращения ротора при работе асинхронной машины в различных режимах

Асинхронный двигатель имеет следующие номинальные данные, которые указаны на прикрепленной к корпусу двигателя табличке:

1. Номинальная мощность – это номинальная механическая мощность на валу.

2. Линейное напряжение обмотки статора. Обычно в виде дроби указываются два напряжения, отличающиеся друг от друга в раз. При большем напряжении сети обмотка соединяется по схеме звезда, а при меньшем – по схеме треугольник.

3. Линейные токи также указываются в виде дроби – при соединении обмотки по схеме звезда и по схеме треугольник.

4. Частота вращения ротора.

5. Коэффициент мощности.

6. Коэффициент полезного действия.

Дата добавления: 2015-12-07