Двигателя

Принцип действия асинхронных машин основан на использовании взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой машины, и короткозамкнутой в общем случае вторичной обмоткой. Передача энергии к вторичной обмотке осуществляется только посредством электромагнитного поля, т. е. индукционным путем. Первичная обмотка, трехфазная или в общем случае многофазная, размещается чаще всего на неподвижной части машины, называемой статором. Вторичная обмотка, замкнутая сама на себя или на некоторое сопротивление, размещается на вращающейся части, называемой ротором. Разновидностью асинхронных машин могут быть и такие, у которых ротор не имеет обмотки и выполнен в виде массивного ферромагнитного или полого неферромагнитного цилиндра. В последнее время получают применение линейные асинхронные двигатели, у которых развернутый в плоскость статор образует бегущее поле, а вторичная часть, отделенная от первичной некоторым воздушным зазором, совершает поступательное движение и называется бегуном. Асинхронные машины, как правило, используются в режиме двигателя. Поэтому, говоря об асинхронной машине, будем всегда иметь в виду асинхронный двигатель. Конструктивная схема асинхронного двигателя приведена на рисунке 9, где обозначено: − стальной сердечник статора, набранный из штампованных листов электротехнической стали; – обмотка статора; – корпус (станина) статора; – стальной сердечник ротора, чаще всего также набранный из листов электротехнической стали, – обмотка ротора; – воздушный зазор между статором и ротором; – вентиляционные каналы; – вал. В зависимости от конструкции обмотки ротора различают асинхронные двигатели с короткозамкнутым и асинхронные двигатели с фазным ротором.

Рисунок 9 Рисунок 10

Короткозамкнутый ротор выполняется с обмоткой, представляющей собой медные или алюминиевые стержни, уложенные без изоляции в пазы и замкнутые на торцах ротора друг с другом торцевыми кольцами. Если такую обмотку мысленно вынуть из пазов стального цилиндра ротора, то она выглядит как беличья клетка.

Фазный ротор имеет обмотку, выполненную так же, как и обмотка статора. Она является тоже трехфазной (для трехфазного двигателя), причем концы фаз объединены в общую точку, образуя звезду, а начала выведены к трем контактным кольцам, размещенным на валу. При помощи щеток, наложенных на кольца, в цепь обмотки ротора можно ввести добавочное сопротивление, которое используется для облегчения пуска или (и) для регулирования частоты вращения.

Поясним принцип действия асинхронного двигателя. Трехфазная обмотка статора образует вращающееся магнитное поле, которое имеет пар полюсов. Это поле можно представить в виде модели – системы вращающихся вокруг некоторой оси постоянных магнитов, полюсы которых чередуются. Если внутри такой системы разместить короткозамкнутый или фазный ротор, ось которого совпадает с осью вращения системы магнитных полюсов, то в каждом стержне обмотки ротора индуктируется ЭДС и в замкнутой обмотке образуется ток.

На рисунке 10 схематично представлен северный полюс, вращающийся по часовой стрелке с частотой вращения п₁. Пусть ротор вначале неподвижен. Выделим для рассмотрения один стержень обмотки ротора, находящийся в данный момент под рассматриваемым полюсом. Движение полюса по часовой стрелке равносильно движению проводника под неподвижным полюсом против часовой стрелки. По правилу правой руки устанавливаем, что индуктированный в стержне обмотки ток направлен к наблюдателю (отмечен точкой). По правилу левой руки устанавливаем, что проводник с током указанного направления испытывает воздействие электромагнитной силы , увлекающей ротор во вращение в том же направлении, в каком вращаются полюсы. При неподвижном роторе индуктированный в обмотке ротора ток, как в трансформаторе, имеет ту же частоту, что и ток в обмотке статора, иначе говоря, . По мере возрастания частоты вращения ротора разность скоростей полюсов и ротора уменьшается, ротор как бы стремится догнать вращающиеся полюсы. Однако «догнать полюсы» в асинхронном двигателе, т. е. приобрести частоту вращения, синхронную с полюсами, ротор не может, поскольку при синхронной скорости исчезнет относительное движение полюсов и ротора, и в обмотке ротора не будет индуктироваться ток, т. е. исчезнет и вращающий момент. Для того чтобы двигатель работал, ротор должен отставать в частоте вращения от полюсов, «скользить» относительно полюсов вращающегося поля.