Принцип действия асинхронного двигателя

Электромагнитная схема асинхронной машины отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размешена на неподвижном статоре, а вто­ричная - на вращающемся роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор. При питании трехфазным током обмотки статора создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная) . Если ротор неподвижен или вращается с частотой, меньшей , то вращающееся поле индук­тирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент.

Относительную разность частот вращения маг­нитного поля статорной обмотки и ротора называют скольжением:

.

Скольжение часто выражают в процентах:

.

Очевидно, что при двигательном режиме:

.

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и ак­тивной составляющей тока ротора, т.е. асинх­ронная машина перейдет в генераторный режим При этом изменит свое направление и магнитный момент , который станет тормозящим. В данном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть. В генераторном режиме .

Если изменить направление вращения рото­ра (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противопо­ложных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в провод­никах ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина бу­дет получать из сети активную мощность. Однако в таком режиме электромагнитный момент направлен против вращения ротора, т.е. является тормозящим. Этот режим ра­боты асинхронной машины называют электромагнитным торможением. В режиме электро­магнитного торможения направление вращения ротора является отрицательным (по отно­шению к направлению магнитного поля, поэтому , а .

На практике чаще всего встречается двигательный режим асинхронной машины.

Потери и кпд асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энер­гии, поэтому полезная мощность на выходе двигате­ля всегда меньше мощности на входе (потребляе­мой мощности) на величину потерь :

.

Потери преобразуются в теплоту, что в ко­нечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вих­ревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора прохо­дящими по ним токами. Величина этих потерь про­порциональна квадрату тока в обмотке (Вт):

электрические потери в обмотке статора

;

электрические потери в обмотке ротора

.

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

,

где: – электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

.

Следует, что работа асинхронного двигателя эконо­мичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения рас­тут электрические потери в роторе.

Механические потери – это потери на трение в подшип­никах и на вентиляцию. Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двига­телей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощ­ности

.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

.

У асинхронного двигателя КПД

.

Электрические потери в об­мотках и являются пере­менными потерями, так как их величина зависит от нагрузки дви­гателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора [см. (13.2) и (13.3)]. Переменными яв­ляются также и добавочные потери (13.8). Что же касается магнитных и механических , то они практически не зависят от нагруз­ки и относится к постоянным.

Работа АД характеризуется рабочими характеристиками.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости часто­ты вращения , КПД , полезного момента (момента на валу) , коэффициента мощности и тока статора от полезной мощности при и .

Рисунок. 5.5 - Рабочие характеристики асинхрон­ного двигателя