12 Асинхронні двигуни. Будова та принцип роботи.

Асинхронний двигун складається з нерухомої частини – статора й обертової частини – ротора. На статорі розташована трифазна обмотка, яка підключається до трифазної мережі, на роторі – обмотка, замкнута накоротко. Відомо, що струми трифазної системи котушок при живленні від трифазної мережі створюють обертове магнітне поле, частота обертання якого (у хв.):  .  – частота обертання поля;   –частота струму статора;   – число пар полюсів. 

Обертове поле статора при перетинанні обмотки ротора буде наводити в ній змінну е.р.с. Оскільки обмотка ротора замкнута накоротко, то по ній потече струм. При взаємодії активної складової струму ротора й обертового поля виникає обертовий момент. Під дією цього моменту ротор буде обертатися. Частота обертання ротора п у руховому режимі мен­ше, ніж частота обертання поля, тому що при синхронному обертанні в роторі не буде наводить­ся е.р.с., не буде струму і в обмотці, а тому не буде створюватися і обертовий момент. Тому двигун називається асинхронним. Ковзання S є мірою відносних швидко­стей поля і ротора:

, де   і   – відповідно швидкість і частота обертання поля, a   і   – відповідно швидкість і частота обертання ротора. 

Ковзання –визначає режим роботи дви­гуна. При нормальній роботі двигуна ковзання мале (2-7%), тому частота обертання рото­ра близька до синхронної швидкості поля,

З погляду конструктивного устрою асинхронні двигуни розділяють на два види: двигуни з короткозамкнутим ротором і двигуни з контактними кільцями (з фазним ротором).

Статори двигунів обох типів виконані однаково. Статор має станину і осердя з обмоткою. Станина є чисто конструктивним елементом. Осердя статора є магнітопроводом і набирається з листів електротехнічної сталі (шихтується). У пази осердя укладається обмотка.

Ротор короткозамкнутого двигуна має шихтоване осердя з пазами і короткозамкнуту обмотку типу "білячого колеса". Як правило, обмотка виконується з алюмінієвого спла­ву методом лиття під тиском.

Фазний ротор двигуна має обмотку, намотану ізольованим проводом, як правило, за трифазною схемою. Кінці фаз обмотки ротора приєднуються до контактних кі­лець. 3а допомогою накладених на кільця щіток здійснюється контакт з обертовою обмоткою ротора.

13. Робочі характеристики асинхронного двигуна  Робочі характеристики асинхронного двигуна є залежність  S - ковзання n2 - частоти обертання ротора М - розвивається моменту I1-споживаного струму Р1-витрачається потужності  СОSφ-коефіцієнта потужності КПДη Від корисної потужності Р2 на валу машини. 

Ці характеристики знімаються за природних умов. Частота струму f1 і напруга U1 залишаються постійними. Змінюється тільки навантаження на валу двигуна. При збільшенні навантаження на валу двигуна S збільшується. При холостому ході двигуна n2 ≈ n1, і S ≈ 0. При номінальному навантаженні ковзання звичайно становить від 3 до 5%.  При збільшенні навантаження на валу двигуна частота обертання n2 зменшується. Однак, зміна частоти обертання при збільшенні навантаження від 0 до номінальної дуже незначні і не перевищують 5%. Тому, швидкісна характеристика асинхронного двигуна є жорсткою. Крива має дуже малий нахил до горизонтальної осі.  Обертаючий момент М, що розвивається двигуном, урівноважений гальмівним моментом на валу Мт і моментом М 0, що йде на подолання механічних втрат, тобто М = Мт + М 0 = Р 2 / Ω 2 + М 0, де Р 2 - корисна потужність двигуна, Ω 2-кутова швидкість ротора. При холостому ході М = М 0. Зі збільшенням навантаження обертаючий момент також збільшується, причому за рахунок деякого зменшення частоти обертання ротора збільшення обертаючого моменту відбувається швидше, ніж корисної потужності на валу.  Струм I1, споживаний двигуном з мережі нерівномірно змінюється зі збільшенням навантаження на валу двигуна. При холостому ході СОSφ-коефіцієнта потужності - малий. І струм має велику реактивну складову. При малих навантаженнях на валу двигуна активна складова струму статора менше реактивної складової, тому активна складова струму незначно впливає на струм I1. При великих навантаженнях активна складова струму статора стає більше реактивної і зміна навантаження викликає значну зміну струму I1. 

Графічна залежність споживаної двигуном потужності Р1 зображується майже прямою лінією, незначно відхиляється вверх при великих навантаженнях, що пояснюється збільшенням втрат в обмотках статора і ротора з зростанням навантаження. 

Залежність СОSφ-коефіцієнта потужності - від навантаження на валу двигуна наступна. При холостому ході СОSφ малий, порядку 0,2. Так як активна складова струму статора, обумовлена ​​втратами потужності в машині, мала в порівнянні з реактивною складовою цього струму, що створює магнітний потік. При збільшенні навантаження на валу СОSφ зростає, досягаючи найбільшого значення 0,8-0,9, в результаті збільшення активної складової струму статора. При дуже великих навантаженнях відбувається деяке зменшення СОSφ, так як в наслідок значного збільшення ковзання і частоти струму в роторі зростає реактивний опір обмотки ротора. 

Крива КПДη має такий же вигляд як в будь-якій машині або трансформаторі. При холостому ході ККД = 0. Зі збільшенням навантаження на валу двигуна ККД різко збільшується, а потім зменшується. Найбільшого значення ККД досягає при такому навантаженні, коли втрати потужності в сталі і механічні втрати, не залежні від навантаження, рівні втрати потужності в обмотках статора і ротора, що залежать від навантаження.