Принцип действия асинхронного двигателя.

В момент пуска ротор асинхронного двигателя неподвижен. При подаче напряжения на обмотки статора в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле. Магнитный поток статора пересикает обмотки ротора, наводя на них ЭДС с частотой, равной частоте этих перемещений. ЭДС в обмотках ротора вызывает появление токов в них. По закону Ленца эти токи стремятся своим магнитным полем компенсировать изменение вызвавшего их магнитного поля. Механическое воздействие вращающегося магнитного поля и полей токов ротора приводит к тому, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, в какую вращается поле.

При неподвижном роторе двигатель работает как трансформатор, в каждый из фаз вторичной обмотки которого наводится ЭДС

, (2)

здесь - частота тока в сети

- число витков в обмотке ротора, для короткозамкнутого ротора

- обмоточный коэффициент

- магнитный поток машины

Во время работы двигателя ротор вращается вслед за полем, скорость вращения которого ,

где р – число пар полюсов двигателя. При этом скорость ротора будет отличаться от скорости которую еще называют синхронной скоростью вращения, на величину . Эту разность характеризуют таким показателем, как скольжение S

или (3)

При этом частоте тока в обмотке ротора

или (4)

Из формул (2) и (4) следует, что ЭДС при вращающемся роторе

(5)

Асинхронным двигатель называется потому, что как следует из (5) его скорость не может быть равна синхронной скорости .

Величина скольжения обычно достигает величин 2-6%.

Момент на валу асинхронного двигателя определяется выражением

,

где с – коэффициент зависящий от конструктивных данных двигателя.

Ф – магнитный поток машины

I₂ – ток ротора

- угол сдвига фаз между током и ЭДС ротора.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности , подводимой мощности , тока , момент на валу двигателя , скольжения S, частоты вращения от значения полезной мощности на валу двигателя при постоянном напряжении и частоте тока в сети (рис.6).

Зависимость представляет собой кривую, весьма слабо наклонную к оси абсцисс. Скоростная характеристика мало отличается по форме от механической характеристики двигателя: она может быть названа жесткой.

Зависимость . При установившемся режиме работы , где - полезный тормозной момент двигателя, а - момент х.х. Так как при изменении нагрузки в пределах от х.х. до ном. частота вращения асинхронных двигателей остается почти постоянной, то зависимость асинхронного двигателя почти прямолинейна; пересекает ось ординат в точке, соответствующей .

Коэффициент мощности .

Асинхронный двигатель так же, как и трансформатор, потребляет из сети отстающий ток. Поэтому энергетические процессы, происходящие в асинхронном двигателе, характеризуют двумя величинами: активной мощностью и реактивной мощностью Q_I

Соотношение между и Q_I:

Коэффициент мощности асинхронного двигателя зависит от нагрузки на валу.

При х.х. машины, когда энергия расходуется только на покрытие небольших потерь в статоре и незначительных механических потерь, активная мощность дв.мала, а реактивная мощность велика, поскольку в машине при нормальном напряжении возбуждается вращающееся магнитное поле с максимальной величиной потока полюса. Поэтому при х.х. асинхронный двигатель имеет

С постепенным возрастанием нагрузки активная мощность увеличивается, а реактивная мощность практически остается постоянной, так как при неизменной амплитуде напряжения сети поток полюса основного поля сохраняет ту же величину, что и при х.х. Следовательно, с увеличением механической мощности двигателя его коэффициент мощности тоже возрастает. При нагрузке, близкой к номинальной достигает наибольшего значения (0,75-0,95). Однако, при дальнейшем увеличении тормозного момента на валу, сопровождающемся снижением частоты вращения ротора и существенным ростом токов в обмотках статора и ротора, коэффициент мощности снижается, что объясняется усилением полей рассеяния и более быстрым ростом реактивной мощности по сравнению о активной мощности.

Поддержание высокого коэффициента мощности приобретает важное значение для экономического электроснабжения предприятий. В частности, нельзя допускать длительных х.х. асинхронного двигателя: если на отдельных станках нет работы, то двигатель отключают от сети. Далее, необходимо следить за тем, чтобы мощность устройства, приводимого в действие асинхронным двигателем, незначительно отличалась от номинальной мощности двигателя. Если при длительной работе асинхронного двигателя его средняя мощность не превышает 45% номинальной, то такой электродвигатель заменяют соответствующим двигателем мощности.

В тех случаях, когда работа двигателя при полной нагрузке сочетается с его работой со значительной нагрузкой, при которой становиться недопустимо низким, применяют специальные меры, обеспечивающие повышение коэффициента мощности. Для этого во время работы асинхронного двигателя со значительной нагрузкой /например, Р₂<0,5 Р_2Н/ снижают фазные напряжения на его статорной обмотке. Тем самым поток полюса вращательного поля, а, следовательно, и реактивная мощность машины будут уменьшены. Наиболее просто это достигается в двигателях, допускающих пересоединение фаз обмотки статора с на Y и включаемых в сеть с линейным напряжением, равным номинальному фазному напряжению. Тогда при работе с нагрузкой, близкой к номинальной, фазы обмотки статора соед. , а при значительной недогрузке – Y. Это приводит к снижению фазного напряжения в . Это пересоединение фаз обмотки статора обычно производится при помощи автоматического устройства. Двигатель, снабженный таким устройством, работает в широком диапазоне изменения нагрузки с близким к номинальному.

К.п.д. асинхронного двигателя

P₁=P₂+ΔP_потерь

Потери можно разделить на постоянные, практически не зависящие от нагрузки /потери стали сердечника статора, механические потери/, они определяются экспериментально из опыта х.х.; Переменные потери – потери на нагревание проводников статора и ротора

;

и добавочные потери.

К.П.Д. двигателя достигает своего максимального значения /65-95%/, когда переменные потери равны постоянным. У большинства двигателей этот максимум к.п.д. имеет место примерно при нагрузке, равной 75% от номинальной, так как двигатели проектируются с учетом того обстоятельства, что далеко не всегда они полностью загружены.

При подготовке к работе повторить теоретический материал: принцип действия и устройство трехфазного асинхронного двигателя; понятие о скольжении; электромагнитный момент асинхронного двигателя; зависимость момента от скольжения; перегрузочная способность асинхронного двигателя; рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя.

Программа работы.

1. Изучить принцип действия, устройство и назначение основных конструктивных элементов асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором.

2. Ознакомиться со схемой испытания АД (рис.7) и со стендом лабораторной работы.

3. По паспортным данным вычислить момент, развиваемый двигателем, при номинальном режиме работы. Заполнить таблицу нижеприведенной форы.

Паспортные данные двигателя							вычислено
UH, В	IН, А	РH, кВт		nН, об/мин		Схема соединения обмотки	МН, Н*м
						«звезда»
						«треугольник»

4. Выполнить маркировку фаз статора АД, используя схемы рис.8 и рис.9.

5. Зная напряжение сети (U_A=380В), обосновать выбор схемы соединения обмоток статора при номинальном режиме работы двигателя.

6. Собрать выбранный вариант схемы. Осуществить пуск двигателя без нагрузки. Измерить пусковой ток и ток холостого хода. Вычислить кратность пускового тока при включении двигателя без нагрузки.

7. Снять данные и построить рабочие характеристики двигателя и механическую характеристику.

8. Составить отчет и сделать заключение о проделанной работе.