Принцип дії асинхронної машини

Двополюсний підковоподібний магніт обертається з постійною швидкістю. Між полюсами магніту розташований барабан – ротор, виконаний з струмоводних стрижнів у вигляді “білячого колеса”. Магнітні лінії поля при обертанні магніту перетинаючи стрижні ротора, індукують в них ЕРС, що обумовлює появу в стрижнях струмів. В результаті взаємодії струмів в стрижнях з магнітним полем виникає сила, що утворює електромагнітний обертаючий момент. Під дією цього моменту ротор починає обертатись в напрямку обертання магнітного поля. Із збільшенням швидкості обертання ротору і, відповідно, зменшенням відносної швидкості руху стрижнів в магнітному полі індуковані в них ЕРС поступово зменшуються, в зв’язку з цим зменшуються струми в стрижнях ротору і відповідно зменшується обертаючий момент. При певній швидкості обертання ротора (меншій за швидкість обертання магнітного поля) настає рівновага між магнітним обертаючим моментом і моментом опору (тертя) і далі швидкість обертання ротору при рівновазі моментів залишається постійною.

Якщо до ротора прикласти зовнішній момент опору (навантаження) то рівновага порушиться – момент опору буде більший за обертаючий момент. В результаті швидкість обертання ротора почне зменшуватись, швидкість перетинання магнітними лініями стрижнів збільшуватись, індуковані в стрижнях ЕРС і, відповідно, струми збільшуватись, збільшується обертаючий момент і, кінець–кінцем при деякій новій швидкості обертання ротора знову досягнеться рівновага моментів.

З цього програшу подій – висновок: кожному значенню моменту опору відповідає певна швидкість обертання ротора.

Швидкість обертання ротора і магнітного поля неоднакові. Ступінь відставання швидкості обертання ротору n від швидкості обертання магнітного поля n₀ оцінюється величиною ковзання

звідки

При зміні швидкості обертання ротора n = 0  n₀ ковзання змінюється S = 10.

Розглянута модель механізму – не є двигуном.

В асинхронному двигуні магнітне поле, що обертається утворюється електричним шляхом нерухомими обмотками, що живляться трифазним струмом.

Магнітне поле, що обертається

Статор асинхронної машини уявляє собою циліндр, зібраний з листової сталі з пазами на внутрішній поверхні. В діаметрально протилежних пазах A–X, B–Y¸ C–Z розташовані витки котушок з однаковим числом витків. Кут між площинами котушок складає 120. Початки котушок A, B, C приєднані до мережі трифазного струму частотою f₁, а кінці X, Y, Z об’єднані в загальну нульову точку. В обмотках котушок протікають синусоїдальні струми І_А, І_В, І_С, взаємно зсунуті по фазі на третину періоду. Кожна котушка окремо створює пульсуючий магнітний потік, вісь якого співпадає з віссю відповідної котушки.

Можна показати, що три пульсуючі потоки утворюють спільне магнітне поле, незмінне за величиною і, що обертається з постійною швидкістю відносно нерухомих катушок.

Так на малюнках (а), (б), (в) показані утворення сумарних магнітних потоків Ф =  = _A + _B + _C для трьох послідовних моментів часу t₁, t₂, t₃. Величини векторів  _A,  _B,  _C взяті з графіку зміни магнітних індукцій в часі. Оскільки магнітний потік Ф пропорційний струму, що його утворює (за законом Ома для магнітних кіл Ф = Iw / R_м), то графіки зміни магнітних потоків збігаються у відповідному масштабі з графіками зміни струмів в фазних обмотках A–X, B–Y, C–Z.

Сумарне магнітне поле обертається в площині осей катушок з кутовою швидкістю , тобто повний оберт вектор магнітної індукції здійснить за один період зміни струму в катушці. Воно послідовно співпадає за напрямком з віссю тієї з фазних обмоток, струм в якій досягає максимального значення. Тобто магнітне поле обертається в напрямку послідовності фаз трифазної системи струмів в фазних обмотках.

Наслідок: щоб змінити напрямок обертання магнітного поля достатньо змінити порядок підключення двох (із трьох) фазних обмоток.

Отже трифазна симетрична система струмів збуджує магнітне поле з однією парою полюсів, тобто двополюсне магнітне поле, що обертається. Його вісь повертається на 360, тобто здійснює один оберт за час одного періоду зміни струму. Звідки, частота обертання ₀ двополюсного поля дорівнює за величиною частоті f₁ струмів в обмотці статора.

За історичною традицією частоту обертання прийнято визначати числом обертів n₀ за хвилину n₀ = 60₀ = 60f₁.

Враховуючи, що ₀ = f₁, кутова швидкість обертання двополюсного поля ₀ = 2₀ = 2 f₁ =   [радіан / сек.].

Отже, кутова швидкість обертання двополюсного магнітного поля за величиною дорівнює кутовій частоті струмів в обмотках статора.

В багатополюсній обмотці статора кожній парі полюсів поля, що обертається, відповідає трійка котушок для фазних обмоток. Звідки, якщо поле повинно мати р пар полюсів, то кожна з фазних обмоток статора повинна бути розділена на р частин. При цьому частота обертання магнітного поля складає n₁ = 60 f / р.