Конспект лекций по курсу “Электрический привод”, страница 20

§ 4.2.  Принцип действия асинхронного двигателя

Особенности конструкции трехфазного короткозамкнутого двухполюсного асинхронного двигателя вращения можно пояснить с помощью рис.4.2.1. В соответствии с рисунком, двигатель содержит неподвижный статор и вращающийся ротор. Ротор цилиндрический и размещен внутри цилиндрического статора. Между статором и ротором имеется воздушный зазор. Осью вращения является ось цилиндрического ротора.

Рис.4.2.1 Схемы включения обмоток асинхронного двигателя

Вдоль внутренней (цилиндрической) поверхности статора имеются пазы, в которых размещены проводники трехфазной обмотки. Проводники каждой фазы, как правило, размещены в нескольких соседних пазах, то есть распределены по поверхности расточки статора. Кроме того, проводники одной фазы обычно занимают ряд пазов на противоположных полюсах, как указано на рис.4.2.1 для проводников фазы A (a и -a). Три фазы обмотки статора соединяются в звезду или в треугольник, как изображено на рис.4.2.1.

Вдоль наружной (цилиндрической) поверхности ротора также имеются пазы, в которых размещены проводники ротора. В торцевых частях ротора проводники замкнуты друг на друга и образуют так называемую “беличью клетку”, которую можно рассматривать, как короткозамкнутую обмотку (см. рис.4.2.1).

Три фазы обмотки статора изображены на рис.4.2.1 в виде трех индуктивных катушек, оси которых взаимно сдвинуты вдоль окружности расточки статора на углы 2π/3. При подаче на обмотку статора трехфазной системы напряжений в фазах протекают синусоидальные токи, которые создают магнитное поле, охватывающее также проводники ротора. Трехфазная система токов статора создает магнитное поле, вращающееся с угловой частотой ω₁ (угловую частоту вращения магнитного поля в номинальном режиме называют синхронной частотой и обозначают также как ω₀). При вращении оно наводит в проводниках ротора ЭДС, под действием которых в роторе протекают токи. Взаимодействие магнитного поля и токов в роторе создает вращающий момент, называемый электромагнитным. Под действием электромагнитного момента двигателя и момента нагрузки ротор вращается с угловой частотой ω₂.

Трехфазную систему токов в электрической машине с мгновенными значениями в фазах i_a, i_b, i_c можно представить в виде вращающегося вектора тока , как изображено на рис.4.2.2. Амплитуда вращающегося вектора тока обычно принимается равной амплитуде тока фазы. Если трехфазная система токов симметрична, то конец вектора тока при вращении описывает окружность.

Рис.4.2.2 Пояснение принципа образования вращающихся векторов тока, намагничивающей силы, электромагнитного поля

В момент времени t₀ ток в фазе a максимальный и вектор тока  совпадает по направлению с током фазы i_a. В момент времени t₁ вектор тока  поворачивается на угол τ относительно оси фазы a. При этом мгновенные значения токов фаз могут быть определены по диаграмме мгновенных значений токов, а также по векторной диаграмме, как изображено на рис.4.2.2.

Токи в проводниках обмотки ротора также можно представить в виде вектора, который вращается с той же угловой частотой, что и вектор тока статора. Намагничивающая сила, создающая основной магнитный поток, охватывающий проводники статора и ротора, определяется суммарным действием токов статора и ротора, а также числами витков обмоток статора и ротора. Поскольку вектор тока вращается, то вращается и вектор намагничивающей силы и вектор основного магнитного потока.