Асинхронные машины (двигатели)

Асинхронная машина (рис. 3.7) состоит из статора с трехфазной обмоткой, создающее вращающее магнитное поле (аналогично синхронной машине) и вращающегося ротора с короткозамкнутой продольной обмоткой (беличья клетка) (рис. 3.8).

Рис. 3.7. Конструкция трехфазного асинхронного двига­теля: 1 - ротор; 2 - статор с обмоткой; 3 - клемная коробка; 4 -корпус; 5 – подшипниковый щит; 6 - колпак вентилятора; 7 – вентилятор; 8 – подшипник.

Рис.3.8. Короткозамкнутая клетка – а; ротор с обмоткой из алюминия б.

Статор и ротор изготавливают из пакетов листов электротехнической стали с зазором между статором и ротором 0,1 – 1,5 мм в зависимости от размера и мощности двигателя.

В машинах большой мощность обмотка ротора не замкнута, а имеет 3 вывода, подключенных к контактным кольцам для регулировки тока в роторе (фазные роторы).

Число оборотов вращающегося магнитного поля определяется частотой трехфазной сети, деленной на число трехфазных пар полюсов. Число оборотов ротора должно всегда быть меньшим, чтобы вращающиеся магнитное поле пересекало обмотку ротора. Тогда в ней возникает ЭДС , где , где - угловая скорость скольжения – разность угловых частот магнитного поля и ротора, - радиус обмотки ротора. Так как обмотка ротора короткозамкнутая, то в ней протекает ток , где R_i – внутреннее сопротивление обмотки – очень малая величина. При протекании тока в магнитном поле на ротор действует вращающая сила . Чем больше скольжение, тем больше ток и следовательно, вращающий момент, максимальный при пуске, когда , а величина, называемая скольжением . В рабочем режиме скольжение мало и составляет 3-7% и для однополюсной машины номинальное число оборотов 2800-2850 об/мин при f_{статора}=3000об/мин.

Ток ротора создает магнитное поле (за исключением поля рассеяния), размагничивающее поле статора, что увеличивает ток в статоре, так что суммарный магнитный поток остается примерно постоянным. При короткозамкнутом роторе коэффициент трансформации обратно пропорционален числу витков первичной обмотки статора , а сопротивление вторичной обмотки . Эквивалентная схема и векторная диаграмма асинхронного двигателя аналогична трансформатору.

Рассмотрим зависимость вращающего момента от скольжения при постоянном напряжении на статоре (рис.3.9).

Рис. 3.9. График зависимости электромагнитного момента

асинхронного двигателя от скольжения.

При нулевом скольжении магнитный поток не пересекает обмотку ротора. Нет тока в роторе и вращающей силы и ее момента. При некотором скольжении, называемом критическим, механический момент достигает максимума. При дальнейшем увеличении скольжения вплоть до остановки двигателя момент медленно снижается из-за роста потерь в роторе и статоре, хотя ток в статоре продолжает увеличиваться.

Устойчивая работа двигателя может быть только при скольжении меньше критического, что является недостатком асинхронных двигателей. Другим недостатком является сильная зависимость момента от напряжения сети (М~U₁²).