Содержание  
< назад вперед >

§ 107. РЕЖИМЫ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью n₀. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е_2s. Под дей­ствием э. д. с. Е_2s в обмотке ротора будет протекать ток I2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, соз­дает вращающий момент, под действием которого ротор начи­нает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вра­щающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.

Если через n₀ обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n — скорость вращения ротора двигателя, то разность n₀ — n будет называться скоростью скольжения.   Отношение  скорости  скольжения  к  скорости вращающегося магнитного поля называется     с к о л ь ж е н и е м двигателя   и обозначается буквой S.

 Таким образом,  скольжение

откуда

Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор — 1450 об/мин, то скольжение

В момент пуска двигателя, когда скорость ротора п — 0, скольжение

при холостом ходеи поэтому скольжение

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1—6%). Чем больше мощность двигателя, тем  меньше  его  скольжение.

   Пример. Определить скольжение в процентах для шестиполюсного асинх­ронного двигателя, если ротор его делает 960 об/'мин.

если f=50 гц, то

тогда скольжение

Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n= 0 (момент пуска) до(холостой ход) и соответственно скольжение от

Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответ­ственно изменяется частота э. д. с. и токов в роторе, что видно из уравнения

При пуске двигателя

при холостом ходе

Например, если f₁ = 50 гц, то при пуске f₂ = 50 гц. При скольже­нии S = 2% частота тока в роторе

Наибольшее значение э. д. с. Е₂ в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S=1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с мак­симальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следова­тельно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.

Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5—7 раз:

В этом заключается основной недостаток асинхронных дви­гателей с короткозамкнутым ротором.

У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2—2,5 раза больше номи­нального тока:

Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в транс­форматоре.

Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между ко­торыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет, в. двигателе обмотка статора, роль вторичной — обмотка ротора.

При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W₁ и ротора W₂ протекают соответственно токи I₁ и I₂, которые соз­дают две намагничивающие силы W₁I₁ и W₁₂I₂ .Совместным дей­ствием этих намагничивающих сил в машине создается результи­рующий магнитный поток Ф. Как и в трансформаторе, напряже­ние на зажимах обмотки статора U₁ уравновешивается почти полностью э. д. с. Е₁, индуктированной в этой обмотке вращаю­щимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U₁ и почти не за­висит от величины нагрузки.

Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного то­ков в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.

При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение 5 очень мало. С увеличением  нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение 5 увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения вит­ков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е₂ и ток I₂. Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I2 вызывает соответственно увеличение тока I₁и потребляемого обмот­кой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.

Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двига­теля цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным проме­жутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.

Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вра­щение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя.

В электрическом двигателе потери складываются из электри­ческих (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода и механи­ческих (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машин.

Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой темпера­турой нагрева изоляции обмоток, т. е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электри­ческого двигателя указывается его номинальная мощность Рн (квт), т. е. механическая мощность на валу двигателя, которая может дли­тельно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмо­ток двигателя. К. п. д. асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85—95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).