Принцип действия асинхронного двигателя

§ 89. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Наибольшее распространение среди электрических двигателей Получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструи­рованный известным  русским  электриком   М. О.   Доливо-Добровольским.

Поэтому мы будем рассматривать работу асинхронной машины в режиме двигателя, т. е. процесс преобразования электрической энергии в энергию механическую.

Многофазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, скорость вращения которого в минуту

Если ротор вращается со скоростью п2, равной скорости враще­ния магнитного поля (n₂=n₁₎, то такая скорость называется син­хронной.

Если ротор вращается со скоростью, не равной скорости вращения магнитного поля { n₂n₁), то такая скорость называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной скорости, т. е. при скорости вращения ротора, не равной скорости вращения магнитного поля.

Скорость ротора может очень мало отличаться от скорости юля, но при работе двигателя она будет всегда меньше (n₂<n₁).

Работа асинхронного двигателя основана на явлении, назван­ии диск Араго-Ленца (рис. 108). Это явление заключается в следующем: если перед полюсами постоянного магнита поместить медный диск 1, свободно сидящий на оси 2, и начать вращать магнит круг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращать­ся в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита магнитные линии его поля, замыкаясь от северного полюса с южному, пронизывают диск и индуктируют в нем вихревые токи, 3 результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктированного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом скорость вращения диска всегда меньше, чем скорость вращения магнита. Если бы эти скорости почему-либо стали одинаковыми, то магнитные ли­ши не пересекали бы диска и, следовательно, в нем не возникали 5ы вихревые токи, т. е. не было бы силы, под действием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращаюйся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них э.д. с. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней

под действием индуктируемой э. д. с. протекает ток. В результате полем обмотки статора создается вра­щающий момент, под действием кото­рого ротор начинает вращаться.

Например, выделим часть окруж­ности ротора, на которой находится один проводник его обмотки. Поле ста­тора представим северным полю­сом N, который вращается в простран­стве и вокруг ротора по часовой стрел­ке с числом оборотов N в минуту. Сле­довательно, полюс N перемещается

относительно проводника обмотки ротора слева направо, в результате чего в этом проводнике индуктируется э.д. с, которая согласно правилу правой руки направлена на зрителя (знак «точка»). Если обмотка ротора замкнута, то под действием э. д. с. по этой обмотке течет ток, направленный в выбранном нами проводнике также на зрителя.

В результате взаимодействия тока в проводнике обмотки рото­ра с магнитным полем возникает сила F, которая перемещает про­водник в направлении, определяемом по правилу левой руки, т. е. слева направо. Вместе с проводником начинает перемещаться и ротор.

Если силу F, действующую на проводник обмотки ротора, умно­жить на расстояние этого проводника от оси ротора (плечо прило­жения силы), то получим вращающий момент, развиваемый током данного проводника. Так как на роторе помещено большое коли­чество проводников, то сумма произведений сил, действующих на каждый из проводников, на расстояния этих проводников от оси ротора определяет вращающий момент, развиваемый двигателем. Под действием вращающего момента ротор приходит во вращение по направлению вращения магнитного поля. Следовательно, для реверсирования двигателя, т. е. для изменения направления вра­щения ротора, необходимо изменить направление вращения маг­нитного поля, созданного обмоткой статора. Это достигается изме­нением чередования фаз обмоток статора; для чего следует поме­нять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью. Реверсивные дви­гатели снабжаются переключателями, при помощи которых можно изменять чередование фаз обмоток статора, а следовательно, и на­правление вращения ротора.

Вне зависимости от направления вращения ротора его скорость n2, как уже указывалось, всегда меньше скорости магнитного поля статора.

Если предположить, что в какой-то момент времени число оборотов ротора оказалось равным числу оборотов поля статора, то проводники обмотки  ротора  не будут   пересекаться   магнитными

линиями поля статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент станет равным нулю, скорость вращения ротора уменьшится по сравнению со скоростью вращения поля статора, пока не воз никнет вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент который складывается из момент; нагрузки на валу и момента сил трения в машине.