Трёхфазный асинхронный электродвигатель

С короткозамкнутым ротором

Устройство и принцип действия

Трёхфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором имеет две основные части – статор и ротор, отделённые друг от друга минимальным воздушным зазором.

Статор (неподвижная часть) электродвигателя представляет собой
полый коаксиальный цилиндр, набранный из листов электротехнической стали.
В его пазы уложены три обмотки (три катушки индуктивности), выполненные из провода одного сечения и одинакового материала (как правило, меди) и сдвинутые в пространстве на угол 120° (то есть являются симметричными). Они называются
фазными обмотками или фазами электродвигателя. Начала (С1, С2, С3) и концы (С4, С5, С6) фаз электродвигателя (то есть обмотки статора) выводят на клемную
коробку. Назначение статора – создание магнитного поля в асинхронном электродвигателе.

Ротор (вращающаяся часть) представляет собой цилиндр, набранный из листов электротехнической стали, в пазы которого залита обмотка. Проводники (стержни) обмотки ротора имеют одинаковое сечение, выполнены из одинакового материала (как правило, алюминия) и замкнуты накоротко с помощью колец. Магнитопровод ротора крепится на валу с вентилятором (для охлаждения) и подшипниками, которые запрессовывают в подшипниковые щиты, крепящиеся к корпусу электродвигателя. Назначение ротора – приведение в движение рабочей машины.

Принцип действия асинхронного электродвигателя рассмотрим на следующем примере (рис.7.1):
между полюсами постоянного магнита на оси расположена короткозамкнутая рамка. Если вращать магниты вокруг оси рамки со скоростью n, то магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться во времени по
синусоидальному закону. В результате будет наблюдаться явление электромагнитной индукции и в рамке наведётся электродвижущая сила. Под действием э.д.с. в рамке будет протекать электрический ток, а так как рамка находится в магнитном поле, то будет наблюдаться явление электромагнитной силы и возникнет вращающий момент, действующий на рамку. В результате рамка начнёт вращаться.

По мере ускорения вращения рамки скорость вращения магнитного поля
относительно неё будет уменьшаться и может наступить такой момент, когда
скорость вращения рамки приблизится к скорости вращения магнитного поля.
В этом случае значительно уменьшатся электродвижущая сила, наводимая в рамке, сила тока в рамке и вращающий момент. Если этот момент будет меньше момента сопротивления вращению рамки, то рамка начнёт притормаживаться. В результате чего увеличатся э.д.с., сила тока и вращающий момент до такой величины, когда
он станет равным моменту сопротивления вращению рамки. Таким образом,
вращающий момент рамки всегда будет равен моменту сопротивления вращению рамки. При увеличении момента сопротивления вращению рамки скорость рамки будет уменьшаться и наоборот, то есть рамка и магнитное поле вращаются с разными скоростями ( асинхронно ).

В асинхронном электродвигателе с короткозамкнутым ротором вращающееся магнитное поле создают три обмотки статора. Для получения вращающегося
магнитного поля необходимо, чтобы эти обмотки на окружности статора были
расположены под углом 120° по отношению друг к другу и получали питание
электрическим током от симметричного трёхфазного источника. Данное условие
выполняется, в результате чего при подключении двигателя к источнику возникает вращающееся магнитное поле. Это поле индуктирует в обмотках ротора э.д.с., под действием которых в них протекают токи. На проводники обмотки ротора с током, которые находятся в магнитном поле, действует механическая сила, в результате
чего возникает вращающий момент и ротор приходит в движение. Все процессы в дальнейшем протекают аналогично примеру на рис.7.1.

Скорость вращения магнитного поля называется синхронной и
зависит от частоты тока в обмотке статора и числа пар магнитных полюсов статора по закону:

, (7.1)

где n₀ – скорость вращения магнитного поля, об/мин;

f – частота тока в обмотке статора электродвигателя, Гц;

р – число пар полюсов асинхронного электродвигателя.

При частоте тока 50 Гц возможны следующие синхронные скорости
вращения: 3000 об/мин; 1500 об/мин; 1000 об/мин; 750 об/мин; 600 об/мин;
500 об/мин; 375 об/мин.

Пример 7.1

Два асинхронных электродвигателя получают питание от сети с частотой 50 Гц и
напряжением 220 В. Синхронные скорости вращения электродвигателей составляют
соответственно 3000 об/мин и 1500 об/мин.

Определить количество пар полюсов каждого электродвигателя.

Решение.

1. Определяем количество пар полюсов первого электродвигателя из (7.1):

2. Определяем количество пар полюсов второго электродвигателя из (7.1):

Ротор электродвигателя всегда вращается медленнее магнитного поля, то есть магнитное поле как бы «скользит» относительно ротора (в том случае, если
магнитное поле и ротор вращаются одновременно, то изменения магнитного поля относительно обмотки ротора не будет и в этой обмотке не будет наводиться э.д.с.
и протекать электрический ток). Разность между скоростями магнитного поля и
ротора называют абсолютным скольжением:

Dn = n₀ – n, (7.2)

где Dn – абсолютное скольжение, об/мин;

n – скорость вращения ротора, об/мин.

Если разделить абсолютное скольжение магнитного поля асинхронного
электродвигателя на скорость вращения магнитного поля, то получим
относительное скольжение:

, (7.3)

где s – относительное скольжение.

Относительное скольжение можно выразить через угловые скорости:

, (7.4)

где Dw – абсолютное скольжение, рад/с;

w₀ – угловая скорость вращения магнитного поля, рад/с;

w – угловая скорость вращения ротора, рад/с.

Пример 7.2

Асинхронный электродвигатель с двумя парами полюсов работает в номинальном режиме со скоростью вращения равной 1450 об/мин, получая питание от сети с частотой 50 Гц.

Определить абсолютное и относительное скольжения электродвигателя.

Решение.

1. Определяем абсолютное скольжение электродвигателя по (7.2):

Dn = n₀ – n = 1500 – 1450 = 50 об/мин.

2. Определяем относительное скольжение электродвигателя по (7.3):

Вопросы для самоконтроля

1. Для чего предназначен трёхфазный асинхронный электродвигатель?

2. На каком явлении основана работа
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

3. Опишите устройство трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

4. Что понимается под вращающимся магнитным полем?

5. Как определить угловую скорость вращения магнитного поля?

6. Опишите принцип действия трёхфазного асинхронного электродвигателя
с короткозамкнутым ротором.

7. Что понимается под абсолютным скольжением
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

8. Как определить относительное скольжение
трёхфазного асинхронного электродвигателя?

⇐ Предыдущая 123 4 5 Следующая ⇒