звідки

При зміні швидкості обертання ротора n = 0 ¸ n₀ ковзання змінюється S = 1¸0.

Розглянута модель механізму – не є двигуном.

В асинхронному двигуні магнітне поле, що обертається утворюється електричним шляхом нерухомими обмотками, що живляться трифазним струмом.

Магнітне поле, що обертається

Можна показати, що три пульсуючі потоки утворюють спільне магнітне поле, незмінне
за величиною і, що обертається з постійною швидкістю відносно нерухомих катушок.

Так на малюнках (а), (б), (в) показані утворення сумарних магнітних потоків Ф = Sj =`j <sub>A</sub> +`j _B +`j _C для трьох послідовних моментів часу t₁, t₂, t₃. Величини векторів j _A, j _B,j _C взяті з графіку зміни магнітних індукцій в часі. Оскільки магнітний потік Ф пропорційний струму, що його утворює (за законом Ома для магнітних кіл Ф = Iw / R_м), то графіки зміни магнітних потоків збігаються у відповідному масштабі з графіками зміни струмів в фазних обмотках A–X, B–Y, C–Z.

Сумарне магнітне поле обертається в площині осей катушок з кутовою швидкістю w, тобто повний оберт вектор магнітної індукції здійснить за один період зміни струму в катушці. Воно послідовно співпадає за напрямком з віссю тієї з фазних обмоток, струм в якій досягає максимального значення. Тобто магнітне поле обертається в напрямку послідовності фаз трифазної системи струмів в фазних обмотках.

Наслідок: щоб змінити напрямок обертання магнітного поля достатньо змінити порядок підключення двох (із трьох) фазних обмоток.

Отже трифазна симетрична система струмів збуджує магнітне поле з однією парою полюсів, тобто двополюсне магнітне поле, що обертається. Його вісь повертається на 360°, тобто здійснює один оберт за час одного періоду зміни струму. Звідки, частота обертання n₀ двополюсного поля дорівнює за величиною частоті f₁ струмів в обмотці статора.

За історичною традицією частоту обертання прийнято визначати числом обертів n₀ за хвилину n₀ = 60×n₀ = 60×f₁.

Враховуючи, що n₀ = f₁, кутова швидкість обертання двополюсного поля W₀ = 2pn₀ = 2p f₁ = w [радіан / сек.].

Отже, кутова швидкість обертання двополюсного магнітного поля за величиною дорівнює кутовій частоті струмів в обмотках статора.

В багатополюсній обмотці статора кожній парі полюсів поля, що обертається, відповідає трійка котушок для фазних обмоток. Звідки, якщо поле повинно мати р пар полюсів, то кожна з фазних обмоток статора повинна бути розділена на р частин. При цьому частота обертання магнітного поля складає n₁ = 60× f / р.

Режими роботи асинхронної машини

Режим роботи трифазної асинхронної машини визначається режимом електро–магнітної взаємодії струмів в обмотках статора і ротора. В залежності від значення ковзання трифазна асинхронна машина може працювати в одному з трьох режимів двигуна, генератора і електромагнітного гальма.

В режимі двигуна (0 < S < 1) трифазна асинхронна машина є перетворювачем електричної енергії в механічну. Ротор двигуна повинен обертатись асинхронно повільніше поля, з такою частотою обертання, при якій струми в обмотці ротора утворюють обертаючий момент, що врівноважує гальмуючий момент від тертя і навантаження на валу.

В режимі генератора S < 0 – швидкість обертання ротора більша за швидкість обертання поля.

В режимі електромагнітного гальма напрямки обертання ротора і магнітного поля протилежні.

Конструкція ротора

Асинхронні машини в основному відрізняються будовою ротора.

В більшості двигунів використовується короткозамкнутий ротор. Цей ротор дешевший і, що суттєво, обслуговування двигуна з таким ротором простіше. Конструкція – “біляче колесо” – була вже розглянута.

Обмотки фазного ротора або ротора з контактними кільцями виконуються з ізольованого проводу. В більшості випадків обмотка трифазна з тим же числом котушок, що і обмотка статора. Три фазні обмотки ротора з’єднані на самому роторі «зіркою», а вільні їх кінці приєднані до трьох контактних кілець, укріплених на валу і електрично ізольованих від нього. Через кільця і струмоз’ємні щітки обмотки ротора замикаються на трифазний реостат.

Обмотка статора включається безпосередньо в трифазну мережу. Включення реостату в коло ротора дає можливість суттєво покращити пускові умови для двигуна – зменшити пусковий струм і збільшити початковий (пусковий) обертаючий момент. Крім того, за допомогою реостату, включеного в коло ротора, можна плавно регулювати швидкість двигуна.

Умовні позначення асинхронних машин з короткозамкнутим (а) і фазним (б) роторами на принципових та електричних схемах.

Механічні характеристики асинхронного двигуна.

З принципу роботи двигуна стає очевидно, обертаючий момент двигуна Мпри незмінній швидкості обертання магнітного поля цілком залежить тільки від ковзання S, або від швидкості обертання ротора n,оскільки . Задаючи різні значення S в межах 0 ¸ 1 можна побудувати графік залежності обертаючого моменту М від S або М від n. Залежність М(S) і М(n) мають назву механічні характеристики асинхронного двигуна.

На характеристиці можна відмітити:

· максимальний або критичний момент М_к;

· пусковий момент М_пуск (при пуску двигуна, тобто при S = 1 або n = 0);

· номінальний момент М_н, що відповідає номінальному режиму роботи двигуна (йому відповідає номінальна частота обертання ротора n_ном, що вказується в паспорті двигуна).

Щоб двигун почав обертатись під навантаженням, необхідно, щоб його пусковий момент був більшим за гальмуючий пусковий момент механізму, на який працює двигун. Двигун розганяється у відповідності з механічною характеристикою: розгін починається з точки с, потім проходиться точка б і двигун опиняється в сталому режимі, тобто обертається з частотою n на ділянці а – б в точці, що відповідає умові М = М_г (де М_г – гальмуючий момент). Отже, ділянка б – с відповідає розгону, а ділянка а – б – робочому режиму, на якій при зміні обертаючого моменту М від 0 до М_к частота обертання двигуна змінюється мало.

Стійка робота двигуна, тобто робота при n » const, можлива тільки на ділянці а – б. Як це було показано раніше, – як би не змінювався гальмуючий момент, в межах ділянки а – б двигун може так змінити обертаючий момент, що умова його стійкої роботи завжди зберігається. В цьому полягає властивість внутрішнього саморегулювання асинхронного двигуна.

Коли гальмуючий момент стає рівним максимальному (критичному), обертаючий момент почне зменшуватись і рівність М = М_г стає неможливою.

По значенню відношення М_к / М_ном = gможнасудитипроперевантажувальну здатність двигуна. В асинхронних двигунах g= 1,7 ¸ 2,5.

Двигуну з фазним ротором відповідає родина механічних характеристик.

Звичайно робота двигуна відповідає залежності з R_p = 0. Ця характеристика аналогічна характеристиці двигуна з короткозамкнутим ротором і має назву природня.

Якщо трифазний реостат в колі ротора вивести на максимальний опір, то можна збільшити пусковий момент, а потім, зменшуючи опір реостату до нуля, вивести двигун в найбільш сприятливий режим.

Механічні характеристики, що отримані при введені реостату в коло фазного ротора, називається реостатними.

Обертаючий момент і ковзання, що відповідають роботі двигуна при повному навантаженні, називаються номінальним моментом М_н і номінальним ковзаннямS_н.

Баланс активних потужностей асинхронного двигуна.