Главная Движение носителей электрических зарядов



По конструктивному выполнению двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с контактными кольцами. Они более надежны в работе, однако имеют сравнительно небольшой пусковой момент. Поэтому их применяют для привода машин, для которых не требуются большие пусковые моменты, а также машин и механизмов небольшой мощности. Асинхронные двигатели лилой мощности и микродвигатели выполняют также с короткозамкнутыми роторами.

§ 12.4. Принцип действия асинхронного двигателя

В обмотке статора асинхронного двигателя при прохождении переменного тока возбуждается вращающееся магнитное поле, которое, пересекая проводники обмотки ротора, наводит в них переменную э. д. с. Так как обмотка ротора замкнута, то наведенная э. д. с. вызывает в роторе ток. В результате взаимодействия проводников с током ротора и вращающегося магнитного поля возникает сила, заставляющая ротор вращаться в направлении вращения поля. Таким образом, принцип работы асинхронного двигателя основан на использовании взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого переменным током в обмотке статора и проводниками с током обмотки ротора. Так как вращение магнитного поля статора происходит асинхронно с вращением ротора двигателя, т. е. частоты вращения ротора и поля отличны, двигатель назьгеают асинхронным.

На рис. 12.8 схематически показан северный полюс вращающегося магнитного поля, который перемещается по ходу часовой стрелки с частотой вращения по (об/с). Допустим, в начальный момент ротор неподвижен и под северным полюсом находится один из проводников обмотки ротора. Движение полюса по часовой стрелке относительно этого проводника равносильно движению проводника при неподвижном полюсе против часовой стрелки. При таком направлении движения полюса, согласно правилу правой руки, наведенный в проводнике обмотки ротора ток направлен к читателю (отмечено точкой). По правилу левой руки находим, что на проводник ротора с током заданного направления действует электромагнитная сила F, которая направлена в сторону вращения магнитного поля. Под действием этой электромагнитной силы ротор асинхронного двигателя вращается в том же направлении, в котором вращается магнитное поле статора, но с несколько меньшей частотой.

При пуске асинхронного двигателя по мере разбега ротора разность частот вращающегося поля и ротора уменьшается. Однако ротор не может вращаться синхронно с полем, так как при совпадении частот не будет относительного движения поля и ротора, вследствие чего ротор не будет пересекаться полем, в нем не будет наводиться ток и, следо-Рис. 12.8 вательно, исчезнет вращающий момент. В асинхрон-




ном двигателе частота вращения ротора меньше частоты вращения поля и ротор как бы скользит вдоль поля.

Отношение разности частот вращения поля «о и ротора и к частоте вращения поля называют скольжением: s = («о - ")/по, откуда

и = (1-5)по. (12.5)

Часто скольжение выражают в процентах:

S = [(«о - п)/по] 100. (12.6)

Скольжение с изменением нагрузки двигателя изменяется. Обычно у асинхронных двигателей нормального исполнения при номинальной нагрузке скольжение составляет 1-6%. При неподвижном роторе 5=1, при синхронной скорости S = 0. Синхронная частота вращения может быть достигнута только путем вращения ротора асинхронного двигателя с помощью какого-либо постороннего двигателя. Если же частоту вращения ротора увеличить до частоты выше синхронной, то асинхронная машина перейдет в генераторный режим.

При генераторном режиме изменит направление электромагнитный момент М, который станет тормозящим, причем при этом асинхронная машина, получая механическую энергию от первичного двигателя, превращает ее в электрическую, отдавая затем в сеть. Для генераторного режима п> По и s < 0.

Если ротор асинхронного двигателя затормозить, а затем вращать его в сторону, противоположную направлению вращения поля, то асинхронная машгша перейдет в режим электромагнитного торможения, так как электромагнитный момент М направлен против вращения ротора и тормозит его. При тормозном режиме э. д. с. и активная составляющая тока в проводниках ротора направлены так же, как и при двигательном режиме, т. е. асинхронная машина получает из сети активную мощность. При этом режиме s > 1.

Итак, характерной особенностью асинхронных машин является наличие скольжения (ир ф и).

На практике асинхронные машины в основном используют в двигательном режиме, поэтому рассмотрим именно этот режим работы.

В двигательном режиме за время одного периода Т вращающееся поле перемещается вдоль воздушного зазора (зазор между внутренней поверхностью статора и внешней поверхностью ротора) на расстояние, равное части дуги внутренней окружности сердечника статора, приходящейся на пару полюсов, т. е. на расстояние двух полюсных делений. Следовательно, полюсное деление

т = nD/{2p),

где D - внутренний диаметр сердечника статора; р - число пар полюсов машины.

Если же за период Т вращающееся поле поворачивается на двойное полюсное деление 2т, то полный оборот поле совершает за р периодов. Линейная скорость этого поля Ио = 2т/Т= 2t/i, или Vo=nDno, т.е. nDno = 2zfi=2KDfi/{2p), откуда Ио = fi/p (об/с) или no = 60/i/p (об/мин);

Л = рио/60, (12.7)

где /i - частота сети, Гц.



Так как частота вращения поля зависит от частоты напряжения сети и числа пар полкх;ов машины, то при промышленной частоте /i = 50 Гц и р = 1 поле совершает 3000 об/мин, при р = 2 оно совершает 1500 об/мин и т. д.

Если ротор вращается с частотой и, а поле статора - с частотой iiq, то ротор перемещается относительно поля статора с частотой скольжения = «о - п. Тогда, по аналогии с (12.7), частота тока в роторе

Л = РЬ = Р («о - п) = Р («о - п) «о/по = Piios =fiS. (12.8)

Как было показано в § 12.2, если направление перемещения вращающегося поля статора совпадает с последовательностью чередования фаз, то для изменения направления вращения двигателя достаточно поменять местами две фазы двигателя при подключении к сети.

§ 12.5. Электродвигкущие силы и тоюл в обмотках статора и ротора

Проводники трехфазной обмотки статора, уложенные в пазы статора, соответствующим образом соединяются между собой на лобовых частях машины, причем соединительные проводники на лобовых частях машины отгибают таким образом, чтобы ротор при сборке мог пройти в расточку статора.

Если вращающийся магнитный поток Ф для любого момента времени распределен в воздушном зазоре по синусоидальному закону, то в каждом витке статорной обмотки, пронизываемой этим потоком, наводится э. д. с, действующее значение которой Eg = 4,44/Ф„,. Так как каждая фаза обмотки статора состоит из w витков, то э. д. с. фазы суммируется из э. д. с. отдельных витков. Для наилучшего использования активных материалов, а также для улучшения формы поля в воздушном зазоре (близкой к синусоиде) применяют так называемые распределенные обмотки, в которых на каждую фазу обмотки приходится несколько витков, лежащих в различных пазах. Распределенные обмотки лучше охлаждаются.

На рис. 12.9, а показана схема статора двухполкх;ной машины с трехфазной обмоткой, каждая фаза которой расположена в шести пазах (q = 3). Если число пазов q, приходящееся на полюс и фазу, больше единицы, то э. д. с, наводимые в проводниках фазы (так как они лежат в соседних пазах), оказываются взаимно сдвинутыми по фазе (рис. 12.9, б). На рисунке Е, Е, £3 - векторы э. д. с. проводников, лежащих в пазах одной и той же фазы; £ - э. д. с. фазы (рис. 12.9, б), которая меньше арифметической суммы э. д. с. Е1Е2Е3 отдельных проводников фазы.

Отношение геометрической суммы э. д. с, индуцированных в отдельных проводниках фазы, к их алгебраической сумме называют коэффициентом распределения обмотки кр, который всегда меньше единицы. Этот коэффициент учитывает уменьшение э. д. с. вследствие пространственного распределения обмотки.

Выражение Е = 4,44/Ф m относится к обмотке с диаметральным



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 [72] 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0121