|
Асинхронной
называется машина переменного тока, частота вращения ротора которой не
находится в строгом соответствии с частотой тока сети и изменяется в
зависимости от нагрузки.
Асинхронная машина обратима, но в
основном применяется в качестве двигателя.
Асинхронные двигатели составляют 90…95%
от всех электрических машин, применяемых в установках и механизмах.
Их преимущества:
1)
Простота конструкции;
2)
Надежность в эксплуатации;
3)
Относительная дешевизна.
К недостаткам можно отнести:
1)
Трудность регулировки частоты вращения;
2)
Зависимость частоты вращения от
нагрузки.
Асинхронный двигатель состоит из неподвижной
части – статора и подвижной – ротора.
По конструкции ротора асинхронные
двигатели подразделяются на:
1)
АД с короткозамкнутой обмоткой ротора;
2)
АД с фазной обмоткой ротора.
Статор состоит из корпуса (чугун, сталь,
алюминий) во внутрь которого запрессован сердечник статора (ярмо), который
имеет форму цилиндра, набранного из отдельных листов электротехнической стали.
На внутренней поверхности располагаются пазы, в которые укладывается обмотка
трехфазного или однофазного тока. Для получения вращающегося магнитного поля
используется трехфазная обмотка. Число катушечных групп должна быть всегда
кратным трем.
Концы обмоток выводятся на клеммный
щиток.
Обмотки могут соединяться в «звезду» или
«треугольник».
Ротор асинхронного двигателя с
короткозамкнутой обмоткой состоит из вала, на который запрессовывается
сердечник ротора, набранный из отдельных пластин электротехнической стали.
На внешней поверхности сердечника ротора
имеются пазы, в которые укладывается обмотка, которая состоит из толстых
металлических стержней (медь, алюминий). С концов эти стержни замыкаются
кольцами, поэтому обмотка называется короткозамкнутой. На валу двигателя
расположена вентиляторная крыльчатка.
У АД с фазной обмоткой ротора роторная
обмотка, выполняется наподобие обмотки статора.
Обмотки
соединяются в «глухую звезду». Три свободных конца присоединяются к контактным
кольцам, расположенным на валу двигателя. 
Рисунок 49
Подшипниковые щиты, устанавливаются в
крышках электродвигателя, служат для центрирования ротора относительно статора.
К обмотке статора подводится трехфазный
ток, который создает вращающееся магнитное поле. Частота вращения магнитного
поля равна
.
Этим полем пересекаются проводники
обмотки ротора, в которых индуцируется Э.Д.С. Так как обмотка ротора замкнута
сама на себя, то в ней под действием Э.Д.С.
протекает ток. Взаимодействие тока обмотки ротора с вращающимся полем
статора вызывает действие электромагнитных сил, которые воздействуют на каждый
проводник с током обмотки ротора. В результате создается вращающий момент,
ротор приходит во вращение и движется в ту же сторону, что и вращающееся
магнитное поле, с частотой вращения n2.
Вращение ротора через вал передается рабочему механизму (машине).
Частота вращения ротора n2 всегда
меньше частоты вращения поля n1,
т.к. только при таких условиях возможна работа асинхронного двигателя.
Разность частот вращения вращающегося
магнитного поля и ротора выражается в
относительных единицах или % и называется скольжением s.
или
Скольжение АД зависит от режима работы
электродвигателя:
1)
Режим ХХ, при этом режиме n2=n1;
S=0;
Режим
ХХ может быть только теоретически.
2)
Режим КЗ, при этом режиме n2=0;
S=1 (100%);
3)
При режиме номинальной нагрузки
скольжение равно: S=0,01…0,06
(1…6%).
Обмотка ротора не имеет электрической
связи с обмоткой статора. Энергия из одной обмотки в другую передается при
помощи магнитного поля (аналогично трансформатору).
В процессе работы асинхронного двигателя
по обмоткам статора и ротора протекают токи, которые создают намагничивающие
силы в соответствующих обмотках F1
и
F2.
Совместным действием этих МДС создается
результирующий поток, который замыкается через сердечник статора, через
воздушный зазор и через сердечник ротора.
Кроме основного потока имеются потоки
рассеивания Фр1 и Фр2.
Основным потоком в обмотке статора наводится
ЭДС самоиндукции:
Е1=
4,44·Фмах·f1·ω1·коб1
Потоком рассеянья наводится ЭДС рассеянья:
Ер1= -j·I1·x1
Кроме того, на обмотке статора создается
активное падение напряжения: I1·r1
Уравнение напряжения для обмотки
статора: U1=
-E1+
j·I1·x1+
I1·r1
В процессе работы двигателя ротор
вращается со скоростью n2,
скорость вращения магнитного поля относительно ротора будет равна n1-n2,
тогда частота наведенной ЭДС в роторе будет равна:
Величина
наведенной ЭДС основным потоком в обмотке ротора равна:
E2s=4,44·Фmax·f2·ω2·коб2=4,44·Фмах·f1·S·ω2·коб2=Е2·S,
Где
Е2 - ЭДС неподвижной машины при n2=0;
Е2s -
ЭДС работающей машины.
Индуктивное
сопротивление подвижного ротора меняется, т.е. зависит от скольжения:
X2s=ω2·L2=2π·f2·L2=2π·f1·S·L2=X2·S,
Где
Х2 – реактивное сопротивление при неподвижном роторе,
Х2S – реактивное
сопротивление при любом скольжении.
Активное
сопротивление ротора от частоты не зависит. Поскольку обмотка ротора замкнута
накоротко, то напряжение U2=0,
тогда уравнение напряжения и ЭДС для обмотки ротора: O= Е2s- j·I2·x2s+ I2·r2, Е2s= j·I2·x2s+ I2·r2
|