Электрические машины переменного тока. Принцип действия асинхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле

МОДУЛЬ  №  9.Электрические машины переменного тока. 

9.1.Общие положения.

Электрические машины широко применяются на электрических станциях, в промышленности, на транспорте и т.д.  Они преобразуют механическую энергию в электрическую и, наоборот, электрическую в механическую. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется генератором. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателем. Любая электрическая машина может быть использована как в качестве генератора, так и в качестве двигателя. Это ее свойство изменять направление преобразуемой ею энергии называется обратимостью. Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и многофазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины.

9.2. Принцип действия асинхронного двигателя.

Наибольшее распространение среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель. Он отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания.

Работа асинхронного двигателя основана на взаимодействии вращающегося магнитного поля с токами, индуктируемыми этим полем.

                                                      N                               1

                            n₁

                                          F               +

                                                                         2                       n₁ › n₂

n₂

                                                     -                                                                        F                                 

                                                                                        1

S

Вращающееся магнитное поле получается при вращении постоянного магнита 1.  

Между полюсами магнита свободно на оси расположен замкнутый виток 2. Под воздействием вращающегося магнитного поля виток будет вращаться в направлении вращения поля. Это объясняется следующим. Вращающееся магнитное поле, пересекая виток, индуктирует в нем э.д.с. Индуктированная э.д.с. в замкнутом витке вызывает ток. Ток, возникший в витке,   взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, заставляет виток вращаться. Пользуясь правилом правой руки для определения  э.д.с. и тока в витке и правилом левой руки для определения сил, действующих на виток, нетрудно убедиться, что виток будет вращаться в направлении вращения поля. 

Э.д.с. и ток в витке могут возникнуть только тогда, когда виток пересекается магнитным полем, поэтому скорость вращения витка   n ₂  всегда меньше скорости вращения магнитного   поля   n_1, иначе говоря, виток всегда вращается асинхронно.

В асинхронных двигателях вращающееся магнитное поле создаётся при помощи неподвижных обмоток, расположенных по окружности и питаемыми  переменным  трехфазным  током.  Вращающееся магнитное поле, созданное обмотками неподвижной части двигателя (статора), индуктируют э.д.с., вызывающую токи в обмотках подвижной части двигателя (ротор) и, взаимодействуя с этими токами, заставляет ротор вращаться. Таким образом, для получения симметричного вращающегося магнитного поля трехфазного тока необходимо:

·  иметь, как минимум, три отдельные одинаковые обмотки;

·  разместить их в пространстве под углом в 120⁰ ;

·  питать их переменным трехфазным током.

При выполнении этих условий появляется магнитное поле вращающееся с частотой

n₁ =  60 f₁ / p

где n₁  – скорость вращения магнитного поля,  об/мин;

f₁  –  частота питающего тока, Гц (для промышленной сети 50 Гц)  ;

р – число пар полюсов, созданных магнитном полем.

Следует помнить, что 1 пару полюсов создадут три обмотки статора (в каждой фазе трехфазной сети).   Дальнейшее увеличение  числа обмоток в фазах кратно трем и увеличивает число пар полюсов ( 3 обмотки – 2 пара; 6 обмоток – 2 пары; 9 обмоток – 3 пары и т.д.). Исходя из этого,  для промышленной частоты 50 Гц скорость вращения  магнитного поля имеет определенное и постоянное значение:

9.3. Устройство асинхронных  двигателей.

Как уже сказано двигатель имеет две основные части: статор – неподвижную часть и ротор – вращающуюся часть. Каждая из этих частей состоит из обмотки, по которой проходит ток, и сердечника, являющегося магнитопроводом.

Рис.  А                                                           

Статор                                            обмотка короткозамкнутого ротора

По типу ротора двигатели делятся на двигатели с  короткозамкнутым