Устройството и принципът на работа на асинхронните електродвигатели

Електронните машини, които променят електронната енергия на променлив ток в механична енергия, се наричат
електродвигатели с променлив ток.

В индустрията най-често срещани са асинхронни двигатели с трифазен ток.
Ще разгледаме структурата и принципа на тези двигатели.

Принципът на асинхронен двигател се основава на използването на въртящо се магнитно поле.

За да разберем работата на такъв двигател, ще направим следния експеримент.

Ще укрепим подовата магнита върху оста по такъв начин, че тя да може да бъде усукана от дръжката. Между полюсите на магнита ние подреждаме върху оста меден цилиндър, който може свободно да се върти.

Скица 1. Един прост модел за получаване на въртящо се магнитно поле

Нека започнем да въртим магнита с копчето по посока на часовниковата стрелка. Полето на магнита също ще започне да се върти и при въртене ще пресича медните си линии с меден цилиндър. В цилиндър, съгласно закона за електрическа индукция, ще възникнат вихрови течения, които ще създадат свое собствено магнитно поле - полето на цилиндъра. Това поле взаимодейства с магнитното поле на непроменен магнит, в резултат на което цилиндърът ще започне да се върти в същата посока като магнита.

Установено е, че скоростта на въртене на цилиндъра е малко по-малка от скоростта на въртене на магнитното поле.

Наистина, ако цилиндърът се върти със същата скорост като магнитното поле, тогава магнитните линии на сила не го пресичат и, както следва, няма вихрови токове, които да накарат цилиндъра да се върти.

Скоростта на въртене на магнитното поле обикновено се нарича синхронна, защото е равна на скоростта на въртене на магнита и скоростта на въртене на цилиндъра е асинхронна (асинхронна). Тъй като самият двигател е кръстен
асинхронен двигател. Скоростта на въртене на цилиндъра (ротора) се различава от синхронната скорост на въртене на магнитното поле с малко количество, наречено подхлъзване.

Обозначава скоростта на въртене на ротора
n1 и скоростта на въртене на полето чрез n можем
изчислете плъзгането в проценти по формулата:

s = (n
- n1) / n.

В горния експеримент ротационното магнитно поле и въртенето на цилиндъра, причинено от него, са получени в резултат на въртенето на непроменен магнит, тъй като такова устройство все още не е електромотор. Необходимо е да накарате електронния ток да създаде ротационно магнитно поле и да го използва за завъртане на ротора. Задачата на това 
по едно време спонтанно позволи DO Dolivo-Dobrovolsky. Той предложи използването на трифазен ток за тази цел.

Устройството на асинхронен електродвигател MO
Dolivo-Dobrovolsky

Начертаване 2. Схема на асинхронен електродвигател
Dolivo-Dobrovolsky

На полюсите на стоманената сърцевина на пръстеновидната форма, наречена статор на електрическия мотор, се поставят три намотки,
трифазни токови мрежи 0
разположени една спрямо друга при ъгъл от 120 °.

Вътре в сърцевината, върху оста е фиксиран железен цилиндър, наричан ротор на електрически двигател.

Ако намотките са свързани заедно, както е показано на фигурата и са свързани към трифазна текуща мрежа, общият магнитен поток, генериран от 3-те полюса, ще се върти.

Фигура 3 показва графика на конфигурацията на токовете в намотките на двигателя и процеса на появата на въртящо се магнитно поле.

Нека разгледаме този процес по-подробно.

Скица 3. Получаване на въртящо се магнитно поле

В позицията "А" на графиката токът в първата фаза е нула, в
Във втората фаза тя е отрицателна, а в третата - положителна. Ток на намотките на полюсите
тече в посоката, посочена от стрелките на фигурата.

След като определи по правилото на дясната ръка към вземане на тока поток, ние виждаме, че най-вътрешния край на стълба (с лице на ротора) на третата намотка ще бъде създаден южния полюс (U), а в полюс на втората намотка - северния полюс (C). Общият магнитен поток ще бъде ориентиран от полюса на втората намотка през ротора към полюса на третата серпентина.

В позиция "В" на графиката, текущата във втората фаза е нула, в първата фаза тя е положителна, а в третата фаза тя е отрицателна. Токът, течащ през намотките на полюсите, прави южния полюс (10) в края на първата серпентина, в края на третата серпентина северния полюс (С). Общият магнитен поток сега ще бъде ориентиран от третия полюс през ротора към първия полюс, т.е. полюсите ще се движат на 120 °.

В позиция "В" на графиката токът в третата фаза е нула, във втората фаза е положителен и в първата фаза е отрицателен. Сега на тока, протичащ през първата и втората намотки, създаване на крайния полюс на първия макарата - северния полюс (P) и в края на полюсите втори конвектори - .. Южен полюс (U), т.е., полярността на получената магнитното поле се движи по- при 120 °. В положение "D" на графиката, магнитното поле се движи още 120 °.

По този начин, общият магнитен поток ще промени посоката си с текущата конфигурация на посоката в статорните намотки (полюсите).

В този случай, по време на един период на текуща конфигурация в намотките, магнитният поток ще направи пълно завъртане. Превъртящият се магнитен поток ще натовари цилиндъра и ще получим такъв асинхронен електродвигател.

Спомнете си, че на Фигура 3, намотките на статора са свързани с "звезда", но ротационно магнитно поле се появява и когато са свързани с "триъгълник".

Ако сменим намотките на втората и третата фази, магнитният поток ще промени посоката на собственото си въртене към обратната.

Същият резултат може да се постигне, без да се променят местата за навиване на статора и насочването на тока от втората фаза на мрежата към третата фаза на статора и третата фаза на мрежата към втората фаза на статора.

По този начин е възможно да се промени посоката на въртене на магнитното поле чрез превключване на всички две фази.

Видяхме устройството на асинхронен двигател, който има три намотки на статора. В този случай въртящото се магнитно поле е двуполюсно поле и броят на оборотите му в секунда е равен на броя на периодите на текущата конфигурация за секунда.

Ако са разположени 6 намотки около обиколката на статора, ще бъде създадено четириполюсно ротационно магнитно поле. С 9 намотки, полето ще бъде шест полюс.

При трифазна честота на тока f, равна на 50 периоди за секунда или 3000 за минута, скоростта на въртене n на въртящото се поле на минута ще бъде:

с биполярен статор
n = (50 х 60
) / 1 = 3000 rpm,

с четириполюсен статор, n = (50
х 60) / 2 =
1500 rpm,

с шестполюсен статор, n = (50 х
60) / 3 =
1000 rpm, 

като броят на двойките полюси на статора е равен на 
p: n = (fx
60) / р,

Така че установихме скоростта на въртене на магнитното поле и зависимостта му от броя на намотките на статорния двигател.

Роторът на двигателя, както знаем, ще изостане малко в собствената си ротация.

Но забавянето на ротора е много малко. Така например, когато моторът е на празен ход, разликата в скоростта е само 3% и при товар 5
- 7%. Както трябва, оборотите на асинхронен двигател с промяна на натоварването варират в много малки граници, което е един от неговите плюсове.

Сега разглеждаме устройството на асинхронни електродвигатели

Статорът на съвременния асинхронен електродвигател има неекспресирани полюси, т.е. вътрешната повърхност на статора е много гладка.

За да се намали загубата на вихрови токове, ядрото на статора се набира от тънки щамповани
железни листове.

Сглобената сърцевина на статора е фиксирана в железен корпус.

В каналите на статора е поставена намотка от медна жица. Фаза намотките на статора на двигателя са свързани с "звезда" или "триъгълник" защо всички начала и краища на намотките са показани на сградата - специален изолационен панел. Това статорно устройство е много удобно, защото позволява да се включат намотките му при различни стандартни напрежения.

Роторът на асинхронен двигател, като статор, се набира от щамповани стоманени листове. Намотката се поставя в жлебовете на ротора.

В зависимост от конструкцията на ротора асинхронните двигатели са разделени на двигатели с ротор с катерици и фазов ротор.

Намотката на късо съединение е направена от медни пръчки, поставени в жлебовете на ротора. Краищата на прътите са свързани чрез меден пръстен. Такава намотка се нарича намотка
вид "катерица". Имайте предвид, че медните пръти в жлебовете не са изолирани. 

При някои двигатели "катеричката" е заменена от отливка
ротор.

Асинхронният двигател с фазов ротор (с контактни пръстени) обикновено се използва при мощни двигатели и в такива случаи, когато е необходимо електрическият мотор да създаде огромна сила, когато се започне от място. Това се постига с факта, че в намотките на фазовия мотор се нарязва стартов реостат.

Асинхронните двигатели с късо съединение се използват по два начина:

1) Свързване на трифазно мрежово напрежение към статор на двигателя. Този метод е най-разпространеният
и по-популярни.

2) Намаляване на напрежението, приложено към намотките на статора. Напрежението се понижава,
например чрез превключване на намотките на статора от "звезда" на "триъгълник". 

Изпълнението на двигателя в действие настъпва при свързването на статорните намотки на "звезда", и когато роторът достигне нормална скорост, намотките на статора са включени връзка "триъгълник".

Токът в проводниците на същия метод на изходния намалява двигателя с 3 пъти в сравнение с ток, който ще се появи при стартиране на двигателя директно включване в мрежа с статорните намотки свързани в "делта". Но този метод е подходящ само в този случай, ако статорът е проектиран за нормална работа при свързване на намотките му
"Триъгълник".

Асинхронният електродвигател с ротор с катерици е по-обичаен, евтин и надежден, но този двигател има някои недостатъци - малко усилие при стартиране и огромен стартов ток. Тези недостатъци до голяма степен се елиминират чрез използване на фазов ротор, но използването на такъв ротор значително увеличава цената на двигателя и изисква начален реостат.