Трехфазные асинхронные электродвигатели

Принцип действия асинхронного электродвигателя основан на взаимодействии двух электромагнитных полей – вращающегося электромагнитного поля статора, создаваемого обмоткой статора и поля, создаваемого обмоткой ротора.

По трем обмоткам A, B, C статора протекают токи, изменяющиеся по гармоническому закону (рис. 2.13) и сдвинутые друг относительно друга на фазовый угол 2p/3 или на 1/3 периода T = 1/ f, где f – частота изменения тока; при f = 50 Гц, T = 1/50 с. Магнитопровод и обмотки статора устроены таким образом, что наводимое в магнитопроводе магнитное поле циркулирует (вращается) внутри статора, т. е. север и юг переходят с одного полюса статора на другой. Вращение электромагнитного поля статора поясняется на рис. 2.13.

Направление тока в обмотке определяет направление силовых линий магнитного поля “север-юг” в магнитопроводе. Видим, что при трехфазном питании электромагнитное поле перемещается (вращается) внутри статора.

Рис. 2.13. Вращение электромагнитного поля статора

Если поле перемещается на угол (делает один оборот) за время Т (период), то скорость вращения

(2.8)

где – частота изменения тока в обмотках А, В, С.

Число полюсов статора может быть 2 (“север-юг”, как показано на рис. 2.13), 4, 6, …; соответственно поле за один период будет поворачиваться на угол 2p, 2p/2, 2p/3…. При этом скорость вращения

(2.9)

где n _п – число полюсов статора,

p – число пар полюсов (“север – юг”) статора.

Так как то частота n ₀ в об/мин (или 1/мин) равна

(2.10)

Ротор имеет короткозамкнутую обмотку типа «беличье колесо». Поле статора при вращении пересекает проводники ротора и, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наводит в них ЭДС. По проводникам ротора начинает течь ток. Направление тока определяется правилом правой руки. Электромагнитное поле, создаваемое этим током, взаимодействует с полем статора. На проводники ротора действует сила Ампера, и ротор начинает вращаться, но с частотой меньшей, чем частота вращения поля. Наблюдается так называемое скольжение S – отставание по частоте вращения ротора от поля статора:

(2.11)

где ω или n – частота вращения ротора, рад/с или 1/мин.

Наличие скольжения в асинхронном двигателе изначально необходимо, так как только в этом случае возникает ток в обмотке ротора. В противном случае, при равенстве скоростей поле статора не пересекало бы проводники ротора.