Асинхронный двигатель

Самым давним и одним из самых распространенных потребителей является 3-фазный асинхронный двигатель (АД). Он был изобретен гениальным русским инженером Доливо-Добровольским в XIX веке. В нашей стране применяются десятки миллионов АД мощностью до 8 тыс. кВт при напряжении 6 кВ.

Принцип работы АД состоит в следующем. На неподвижной части машины – статоре – располагаются три одинаковые обмотки – фазы, сдвинутые по окружности на 120°, т. е. они располагаются симметрично. Между собой фазы соединяются или по схеме «звезда», или по схеме «треугольник» (рис. 3, 4).

На вращающейся части машины – роторе – располагается обмотка ротора.

Благодаря тому, что в каждой фазе при питании от сети появляется переменное синусоидальное напряжение и соответствующий ток (в режиме холостого хода – ток холостого хода), а фазы сдвинуты в пространстве на 120°, возникает физическое явление – так называемое вращающееся магнитное поле (вращение – относительно неподвижного статора). Это поле, пересекая контуры обмотки ротора, в соответствии с принципом электромагнитной индукции наводит в этих контурах ЭДС. Если контуры замкнуты, то в них возникает электрический ток; появляется соответствующий магнитный поток. Взаимодействие двух этих магнитных потоков (статора и ротора) приводит к возникновению вращающего электромагнитного момента. Вращающееся поле статора как бы увлекает за собой ротор.

Если двигатель работает в режиме холостого хода, то скорости вращающегося поля статора и ротора практически сравниваются, ток в фазах – минимальный, относительная скорость близка к нулю. В этом случае нет пересечения полем статора контуров ротора, нет ЭДС, нет тока.

Если же к валу ротора приложить тормозящий механический момент (например, через муфту подсоединить к валу двигателя вал вентилятора), то ротор в своем движении будет отставать от поля статора. Появятся ЭДС, ток нагрузки, электромагнитный момент – в точности равный механическому моменту.

Чем больше нагрузка на валу, тем больше разность скоростей. Величина s есть относительная взаимная скорость:

где ω_П – угловая скорость поля;

ω_Р – угловая скорость ротора, которую называют скольжением.

В режиме х.х. ω_П = ω_Р; s = 0. В номинальном рабочем режиме s = 3¸5 %. Если наглухо застопорить вал ротора, то ротор остановится, s = 1 – это аварийный режим машины (напр., заклинило подшипник). Сгорят обмотки – в них ток КЗ.