2.4.1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором

Рис.2.10,а иллюстрирует принцип действия модели АД. На ферромагнитном статоре 1, по которому замыкается магнитный поток, размещены полюса 2 с обмотками 3. Обмотки каждой фазы расположены на статоре под углом 120^о.

Ротор двигателя прочно закреплен на валу 7 и состоит из ферромагнитного сердечника 6 и короткозамкнутой обмотки «беличья клетка» (рис. 2.10,б). Обмотка состоит из стержней 4 и короткозамыкающих колец 5. Она изготавливается из алюминия методом заливки.

Пусть обмотки статора соединены в звезду: концы XYZ замкнуты между собой, а начала АВС – подключены к трехфазной сети. Протекающие по каждой обмотке токи соответствующих фаз сети, создают переменные магнитные поля, смещенные по фазе и в пространстве на 120^о. Геометрическая сумма мгновенных значений этих полей создает эффект вращающегося магнитного поля. В процессе вращения это поле пересекает стержни 4 индуцирует в них ЭДС и, соответственно, ток в короткозамкнутой обмотке ротора. При взаимодействии тока ротора с вращающимся магнитным полем статора возникает вращающий момент.

Изображенные на рис. 2.10а обмотки статора имеют в каждой фазе по 2 полюса. В этом случае говорят, что обмотка имеет одну пару полюсов. Тогда за время периода напряжения сети, магнитное поле внутри статора совершает один оборот. При частоте сети f = 50 Гц магнитное поле совершает 50 об/с, а за минуту: 50 ∙ 60 = 3000 об/мин.

Если число полюсов увеличить в 2, 3 и т.д. целое число раз, то скорость вращения поля уменьшится в 2, 3 и т.д. раз. Скорость вращения поля статора называют синхронной. Ее легко вычислить:

, (2.9)

где р – число пар полюсов обмотки статора.

При f = 50 Гц синхронная скорость может иметь значения: 3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин и т.д.

Скорость вращения ротора АД всегда меньше скорости вращения поля статора. В противном случае не будет относительного перемещения поля статора относительно обмотки ротора и, следовательно, индуцированного тока в роторе и вращающего момента.

Относительная разность синхронной скорости n₀ и скорости ротора n называется скольжением:

. (2.10)

Номинальное скольжение АД: s_H ≈ 0,02…0,08, а номинальная скорость ротора:

n_H = (1-s_H)n₀= (0,92…0,98)n₀.

Эксплуатационные возможности АД, как и любого преобразователя электрической энергии в механическую, определяет его механическая характеристика (рис. 2.11). На рисунке: М_Н, М_П, М_МАХ - номинальный, пусковой и макси­мальный (критический) моменты.

Механическая характеристика может быть рассчитана по паспортным данным АД по приближенным формулам:

,

(2.11)

где s_К - критическое скольжение.

,

(2.12)

АД представляет для сети симметричную нагрузку, поэтому номинальную активную мощность, потребляемую им, определяют так:

,

(2.13)

где , [кВт] - номинальная механическая мощность на валу двигателя (указывается на щитке АД); η_Н - номинальный КПД.

Отношение пускового токаI_П к номинальному I_H определяется коэффици­ентом К_I = I_П/I_Н, а пускового момента М_П к номинальному Мн : К_П = М_П/М_Н.

Коэффициент К_М = М_МАХ/М_Н определяет перегрузочную способность двигателя.