Вращающий момент

Вращающееся магнитное поле, пересекая стержни ротора асинхронного двигателя, индуцирует в них ЭДС. Под действием наведенной ЭДС в роторной обмотке возникает ток i₂. Если принять во внимание, что ротор относительно магнитного поля перемещается в сторону, противоположную направлению его вращения, то направление этих ЭДС и тока в проводнике можно определить по «правилу правой руки».

Пусть, магнитный поток Ф направлен, как показано на рис. 6.7. Магнитное поле вращается со скоростью n₀ по направлению вращения часовой стрелки. Тогда проводники обмотки ротора перемещаются относительно этого магнитного поля в сторону, противоположную его вращения, то есть против направления вращения часовой стрелки. Проводники обмотки ротора пересекаются линиями магнитного поля и в них индуцируется ЭДС е₂, направление которой определяется «правилом правой руки»: правая рука располагается так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, большой, отогнутый на 90^°, палец направляется в сторону перемещения проводника, тогда четыре пальца покажут направление ЭДС.

Проводники ротора замкнуты друг на друга и под действием ЭДС е₂ по ним будут протекать токи i₂. Направление ЭДС и тока i₂ показаны на рис. 6.7.

На проводник ротора с током i₂ со стороны магнитного поля статора действует сила Ампера f, направленная по касательной к окружности ротора (рис. 6.8), направление которой определяется по «правилу левой руки»: левая рука располагается так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, четыре пальца направляются по току в проводнике, тогда большой палец, отогнутый на 90^°, покажет направление силы. Величина этой силы

,

где l₂ – длина проводника ротора, расположенного в магнитном поле.

Общую силу, действующую на ротор, найдем, умножив среднюю силу на число проводников обмотки ротора N₂:

.

Вращающий момент равен произведению силы F на плечо D/2:

,

где D – диаметр ротора.

Под воздействием вращающего мо­мента начинается разгон ротора. Переходные электромагнитные и электромеха­нические процессы в двигателе закончатся при достижении устойчивого равновесия между вращающим моментом и моментом сил сопротивления, созданными приводными механизмами. При этом условии ротор будет вращать­ся со скоростью n.

Основным условием работы двигателя является асинхронность (неравенство) частот вращения ротора и магнитного поля (в двигателях ),так как только в этом случае возможно индуцирование ЭДС и возникновение тока в обмотке ротора, следовательно, образование вра­щающего момента.

При неравенстве частот ротор при своем вращении скользит по магнитному полю. Скольжение ротора

где ω₀, ω [рад/сек]- угловые частоты вращения магнитного поля и ротора;

n₀, n[об/мин]- частоты вращения магнитного поля и ротора.

Механическая характеристика

Механической характеристикой асинхронного двигателя принято называть зависимость электромагнитного момента М от скольжения M=f(s) или n=f(M).

Для двигателей средней и большой мощности механическую характеристику строят по упрощенной формуле Клосса, позволяющей использовать паспортные данные двигателя

,

где М_к – критический или максимальный момент двигателя;

s_к – критическое скольжение.

На рис. 6.8 показана естественная механическая характеристика асинхронного двигателя.

Врежиме идеального холостого хода (приМ = 0) и пренебре­жении моментом холостого хода, обусловленным механическими и магнитными потерями в двигателе, частота вращения ротора ,а скольжение s = 0.

При неподвижном роторе при пуске и скольжениеs = 1. Та­ким образом, в двигательном режиме частота вращения ротора и его скольжение изменяются в пределах ;; . Частота вращения ротора

ω = ω₀ (1 - s); n = n₀ (1 - s).