Принцип действия однофазного асинхронного двигателя.

Однофазная обмотка статора 2 создает пульсирующее магнитное поле, которое можно представить в виде двух полей, вращающихся в разные стороны с частотой n₁ (рис. 6.7.б). Поле 5, которое вращается в том же направлении, что и ротор 3, называется прямым полем; поле 6, вращающееся в противоположном направлении, – обратным полем.

Эти поля, воздействуют на ротор, создают два противоположно направленных электромагнитных момента M_пр и М_обр. Следовательно, однофазный асинхронный двигатель может быть представлен в виде двух совершенно одинаковых трехфазных двигателей, роторы которых тесно связаны друг с другом, а обмотки подключены к трехфазной сети так, что их магнитные поля вращаются в противоположных направлениях.

 

 

Рисунок 6.7. Разрез однофазного асинхронного двигателя (а),

прямое и обратное вращающиеся магнитные поля (б)

 

Однако, если ротор раскрутить в каком-либо направлении, то моменты M_пр и М_обр не будут равны. В этом случае на вал двигателя будет действовать некоторый результирующий момент М_рез, который обеспечит его дальнейшее вращение в заданном направлении. Объясняется это тем, что ток в обмотке ротора, созданный обратным полем, оказывает сильное размагничивающее действие и существенно ослабляет обратное поле.

Ротор вращается асинхронно, т.е частота вращения его n меньше частоты вращения поля статора n₁.

Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжением S. Скольжение не может быть равным нулю, так как при одинаковых скоростях поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы электромагнитный вращающий момент.

С увеличением нагрузки на валу двигателя тормозной момент становится больше вращающего, и скольжение увеличивается. Вследствие этого, возрастают индуктированные в роторной обмотке э.д.с. и токи. Вращающий момент увеличивается и становится равным тормозному моменту. Вращающий момент может возрастать с увеличением скольжения до определенного максимального значения, после чего при дальнейшем увеличении тормозного момента вращающий момент резко уменьшается, и двигатель останавливается.

 

Как правило, асинхронные машины используются в режиме двигателя.

При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное ноле, которое, сцепляясь с короткозамкнутой обмоткой ротора, наводит в ней ЭДС. При этом в стержнях обмотки ротора появляются токи. В результате взаимодействия этих токов с вращающимся магнитным полем на роторе возникают электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный вращающий момент, под действием которого ротор асинхронного двигателя приходит во вращение с частотой n₂<n₁ в сторону вращения ноля статора. Если вал асинхронного двигателя механически соединить с валом какого-либо исполнительного механизма ИМ (станка, подъемного крана и т.п.), то вращающий момент двигателя М, преодолев противодействующий (нагрузочный) момент М_нагр исполнительного механизма, приведет механизм во вращение.

 

Асинхронная машина может работать в режиме генератора.

Если ротор вращать сторонним двигателем в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n > n₁, то направление движения ротора относительно поля статора изме­нится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы этой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М₁. В этом случае механическая мощность приводного двигателя в основной своей части будет преобразована в электрическую активную мощность Р₂ переменного тока. Особенность работы асинхронного генератора состоит в том, что вращающееся магнитное поле в нем создается реактивной мощностью Q трехфазной сети, в которую включен генератор и куда он отдает вырабатываемую активную мощность Р₂. Следовательно, для работы асинхронного генератора необходим источник переменного тока, при подключении к которому происходит возбуждение генератора, т.е. в нем возбуждается вращающееся магнитное поле. Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне -∞<S<0, т.е. оно может принимать любые отрицательные значения.

 

Асинхронная машина может работать в режиме торможения противовключением.

Если у работающего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении. Т.е. ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие. Этот режим работы асинхронной машины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т.е. на его торможение. В этом режиме s> 1.

Особенности работы однофазного асинхронного двигателя:

· однофазный двигатель не имеет начального пускового момента так, как при неподвижном роторе, результирующий момент М_рез =0;

· частота вращения однофазного двигателя на холостом ходу меньше, чем у трехфазного двигателя, из-за наличия тормозящего момента М_обр. По этой же причине однофазный двигатель имеет худшие рабочие характеристики: меньший к.п.д., меньшую перегрузочную способность, повышенное скольжение при номинальной нагрузке.

Контрольные вопросы

 

1. Что означает понятие статор с невыраженными полюсами?

2. Как в зависимости от конструкции ротора делятся асинхронные электродвигатели?

3. Какая обмотка называется обмоткой типа «беличьей клетки»?

4. Где применяется асинхронный двигатель с фазным ротором?

5. Перечислите недостатки короткозамкнутого ротора.

6. Какое магнитное поле создаёт однофазная обмотка статора асинхронного двигателя?

7. Дайте определение прямого поля.

8. Дайте определение обратного поля.

9. Какое направление имеют магнитные поля, созданные обмоткой статора асинхронного двигателя?

10. Чему равен начальный пусковой момент асинхронного двигателя?

11. Какое направление имеют электромагнитные моменты магнитных полей, созданных обмоткой статора асинхронного двигателя?