Электрические машины. Асинхронные двигатели (АД). Синхронные машины (СМ)

                          Электрические машины

1.  Асинхронные двигатели (АД)

Устройство: СТАТОР – неподвижная часть, представляет цилиндрический магнито-провод, во внутренних пазах которого расположены три фазные обмотки, оси которых сдвинуты друг относительно друга на угол 120 градусов.

РОТОР – вращающаяся часть – цилиндрический магнитопровод, во внешних пазах которого расположена обмотка.

Магнитопровод асинхронного двигателя набирают из тонких листов электротехничес-

кой стали, изолированных лаком друг от друга, для уменьшения потерь на вихревые

токи.

Принцип работы АД основан на способности системы трёхфазных токов создавать вращающееся магнитное поле. При подключении обмоток статора к трёхфазной электрической сети по обмоткам статора протекают токи, отличающиеся по фазе на угол 120°, которые создают магнитное поле, вращающееся со скоростью

ω₀₍₁₎=2πf/p,1/с  или частотой вращения  n₀₍₁₎ =60f/p,об/мин,                              (1)

где  f – периодическая частота изменения тока (частота питающей сети), Гц;

p – число пар полюсов, сформированных обмоткой статора.

Фазные обмотки статора располагаются по окружности и их оси сдвинуты на угол 120 электрических градусов. Если каждая из обмоток занимает 1/3 окружности (оси обмоток сдвинуты на 120 геометрических градусов), они формируют одну пару полюсов  (p=1). Если каждую фазную обмотку разделить на 2 секции и первые секции каждой обмотки укладывать через 120/2=60 геометрических градусов, а затем также укладывать вторые секции обмоток, каждая из обмоток будет занимать по1/3 окружности, но разнесёнными в пространстве секциями и они будут формировать две пары полюсов (p=2). Таким образом формируется любое число пар полюсов. При стандартной частоте питающей сети f=50Гц частота вращения поля в зависимости от числа пар полюсов составит                                      Таблица 1

Вращающееся магнитное поле пересекает с частотой n₀₍₁₎ – n₍₂₎ =n_S обмотки ротора, в которых индуцируется ЭДС  E₂=с_еФn_S, под действием которой по замкнутым обмоткам протекает ток I₂= E₂/(R₂+jX₂). При взаимодействии тока в обмотке ротора с магнитным полем статора создаётся момент M=cФI_2a. Ротор двигателя начинает вращаться. Так как при n₍₂₎ =n₀₍₁₎ пересечения полем проводников обмотки ротора не будет, частота вращения ротора всегда n₍₂₎ <n₀₍₁₎, поэтому двигатель называется асинхронным.

От разности скоростей ротора и поля статора зависит значение индуцируемой ЭДС, тока в обмотке ротора и развиваемого двигателем момента. Эту разность оценивают относительной величиной s=(n₀₍₁₎ – n₍₂₎)/ n₀₍₁₎, которую называют скольжением. При пуске двигателя n₍₂₎=0 и s=1, в обмотке ротора возникают большие токи. В рабочем режиме скольжение изменяется от нуля до s_кр=(0,15-0,2), сохраняется устойчивая работа двигателя при незначительном уменьшении скорости.

При номинальной нагрузке М_Н номинальное скольжение  s_н=0,02-0,10, т.е. составляет несколько процентов, следовательно, и частота вращения ротора будет отличаться от частоты вращения поля статора на несколько процентов.

По конструкции ротора различают двигатели с короткозамкнутым (к.з.) ротором, обмотки которого выполнены из алюминия литыми в виде беличьей клетки, и с фазным ротором, трехфазная обмотка которого, соединенная обычно в звезду, подключена к трём изолированным друг от друга и от вала кольцам, закреплённым на валу. Через неподвижные щётки, контактирующие с вращающимися контактными кольцами, в цепь ротора обычно подключают реостат (или электронные устройства) с целью снижения пускового тока, повышения пускового момента, или регулирования скорости.

Механические свойства двигателей отображаются зависимостью n(M), которую называют механической характеристикой. На рис.1 приведены механические характеристики асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором благодаря простоте и высокой надёжности получил самое большое распространение, несмотря на ограниченный пусковой момент.

Рис.1

                                     2.Синхронные машины  (СМ).