Будова і принцип дії трифазного асинхронного двигуна

У 1889 році М. О. Доліво-Добровольський винайшов трифазний асинхронний двигун, який завдяки своїм високим технічним якостям дістав велике поширення в різних галузях техніки. Цей винахід дав змогу широко використати електричну енергію в приводі.

Асинхронні машини, як і всі електричні машини, енергетично оборотні, тобто та сама машина може працювати і в режимі електродвигуна, і в режимі генератора.

Асинхронні генератори майже не застосовуються.

Принцип дії трифазного асинхронного двигуна ґрунтується на явищі обертового магнітного поля. Це поле створюється при пропусканні трифазного змінного струму через три нерухомі котушки, осі яких лежать в одній площині під кутом 120одна до одної. Котушки мають бути з’єднані між собою в зірку чи в трикутник.

На рис.8.1 літерами А, В, С позначено початки котушок, а літерами X,Y,Z – їх кінці. Кожна котушка, через яку проходить струм, створює свій магнітний потік, спрямований перпендикулярно до площини витків котушки. Хвильову діаграму струмів в окремих котушках зображено на рис8. 1б. На рис8.1в показано напрям струмів в окремих котушках у різні моменти часу, причому кожну з них подано у вигляді одного витка, а за доданий умовно прийнято напрям струму від початку котушки до її кінця.

Розглянемо процес утворення сумарного магнітного потоку Ф в момент часу t, коли струм у фазі А генератора дорівнює нулю, через що в котушці А – Х, яка живиться від цієї фази, струму немає. У фазі В генератора струм від’ємний, тому в котушці В – Y напрям струму зображено від її кінця до початку. У фазі С генератора струм додатний, через що в котушці C – Z напрям струму показано від її початку до кінця.

Зобразивши силові лінії магнітного поля, які охоплюють провідники котушки з однаково спрямованими струмами, можна переконатися в тому, що вектор сумарного магнітного потоку буде спрямований вниз.

Виконавши ту саму побудову в момент часу 2,3,4 і 5, побачимо, що вектор сумарного магнітного потоку повертається в просторі у напрямі руху годинникової стрілки і за один період струму (між моментами часу 1 і 3) роблять один повний оберт.

Для зміни напряму обертання магнітного потоку досить поміняти місцями на хвильовій діаграмі два струми. Практично це можна здійснити, помінявши місцями два лінійних проводи на затискачах електродвигуна.

Частота обертання магнітного потоку визначається за відомою формулою

n = 60f/p, (8.1)

де f – частота струму, p – кількість пар полюсів, утворених обмоткою зі струмом. Цю частоту називають синхронними обертами електродвигуна, або обертами його ідеального холостого ходу.

Асинхронний трифазний двигун з короткозамкненим ротором складається:

1. Статора, до складу якого входять:

а) станина з лапами, призначена для закріплення електродвигуна на фундаменті;

б) пакет із штампованих, ізольованих один від одного, листів електротехнічної сталі з пазами для укладення обмотки статора;

в) обмотка з ізольованого мідного дроту, який укладається в пази пакета статора і використовується для створення обертового магнітного поля.

2. Ротора, до складу якого входять:

а) пакет штампованих, ізольованих один від одного листів електротехнічної сталі;

б) вал, на якому кріпляться пакет ротора, підшипники, приводний шків і вентилятор;

в) обмотка у вигляді «білячого колеса», яка складається з залитих алюмінієвих пазів пакета ротора (короткозамкнений ротор) і в якій наводиться струм магнітним полем статора;

г) підшипники, які насаджуються на вал і кріпляться зовнішніми обоймами в підшипникових щитах;

д) вентилятор, який кріпиться на валу ротора і застосовується для створення всередині електродвигуна потоку повітря з метою охолодження його нагрітих частин.

3. Підшипникових щитів, які є опорою для підшипників ротора і прикріплюються за допомогою болтів до станини статора.

У момент пуску двигуна ротор нерухомий і обертове магнітне поле, перетинаючи його обмотку, індукує в ній е. р. с. і струм. Струм ротора взаємодіє з обертовим магнітним полем статора, внаслідок чого виникає обертовий момент, який приводить у рух ротор. Рис8.4 . Обертове магнітне поле статора в момент часу 2 , коли в котушці А – Х струм має додатний напрям, у котушці B – Y струму немає, а в котушці C – Z його напрям від’ємний. Напрям силових ліній магнітного поля в цей момент зображено на 8.4 стрілками. Нехай воно обертається в напрямі руху годинникової стрілки. Тоді нерухомі в цей час провідники ротора можна розглядати як такі, що рухаються відносно магнітного поля в напрямі проти руху годинникової стрілки.

Застосовуючи правило правої руки, знайдемо напрям струму в провідниках ротора. У верхніх провідниках струм буде спрямований «на нас», а в нижніх – «від нас».

Для визначення напряму руху провідників ротора застосовуємо правило лівої руки. З рис.8.4 випливає, що верхні провідники рухатимуться праворуч, а нижні – ліворуч.

Пара сил F – F, яка утворилася, обертатиме ротор у напрямі руху годинникової стрілки, тобто в напрямі обертання магнітного поля статора.

Обертове магнітне поле статора ніби тягне за собою ротор. Однак частота обертання ротора завжди буде меншою від частоти обертання магнітного поля статора.

Якщо припустити, що ротор наздожене магнітне поле статора і частоти їх обертання зрівняються, то силові лінії магнітного поля статора перестануть перетинати обмотку ротора, в ній перестане індукуватися струм і зникне пара сил, яка змушує ротор обертатися. Таким чином, відставання ротора від магнітного поля статора є необхідною умовою роботи трифазного асинхронного двигуна. Явище відставання ротора від обертового магнітного поля статора називається ковзанням.

Ковзання залежить від гальмуючого моменту (навантаження) на валу двигуна. Зі збільшенням навантаження оберти ротора зменшуються (ротор загальмовується); швидкість, з якою обертове магнітне поле статора перетинає обмотку ротора, зростає; струм ротора збільшується, а сила його взаємодії з магнітним полем статора підвищується, що спричиняє збільшення обертового моменту двигуна. Електродвигун переборює зросле навантаження, але оберти його при цьому знижуються, тобто ковзання зростає. При зменшенні гальмуючого моменту на валу ротора оберти його підвищуються, тобто ковзання двигуна зменшується.

Ковзання позначається літерою s і визначається як відношення різниці частот обертання магнітного поля статора nі ротора nдо частоти обертання магнітного поля статора:

S = ( 8.2)

Ковзання часто виражають у процентах, записуючи

S =

Якщо ротор нерухомий (пуск двигуна), то n= 0 і s = 1. При холостому ході двигуна частота обертання ротора майже зрівнюється з частотою обертання магнітного поля статора () і ковзання s0. Таким чином, можна вважати, що ковзання змінюється в межах від 0 до 1 (або від 0 до 100%). Характерною для двигуна величиною є номінальне ковзання (ковзання при номінальному навантаженні двигуна), яке коливається в межах від 1 до 6%.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Електричні машини змінного струму.	\|	Процеси, що відбуваються в роторі ТАД

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.013 сек.