§ 5.2. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Асинхронный двигатель изобретен в 1889 г. выдающимся русским электротехником М. О. Доливо-Добровольским. Благодаря простоте конструкции и эксплуатации асинхронный двигатель стал основой современного электропривода.
В основу принципа действия асинхронных двигателей положено явление Араго, демонстрируемое следующим образом. Под горизонтально подвешенным на нити медным или алюминиевым диском помещают вращающийся подковообразный магнит, при этом диск приходит во вращение в ту же сторону, что и магнит. Тот же диск будет вращаться и в случае, если его расположить во вращающемся магнитном поле, создаваемом, например, тремя катушками, включенными в трехфазную сеть.
Вращение диска в описанных опытах объясняется так. Вращающееся магнитное поле, создаваемое механическим вращением постоянного магнита или токами трехфазной системы в катушках, индуцирует в теле диска вихревые токи. Последние взаимодействуют с вращающимся магнитным полем и в соответствии с законом Ленца начинают приводить диск во вращение. По мере увеличения скорости диска относительная скорость диска и поля уменьшается, уменьшаются индукционные токи в диске и электромагнитные силы. За счет механического трения диск начнет приостанавливаться, однако возрастающая при этом относительная скорость диска и поля приводит к увеличению индукционных токов и электромагнитных сил, и диск станет снова «подталкиваться» и т. д. В конечном счете наступит равновесие между электромагнитным и тормозным моментами, при котором диск будет вращаться с некоторой постоянной скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля, т. е. асинхронно.
Явление асинхронного вращения диска из немагнитного металла во вращающемся магнитном поле положено в основу устройства асинхронных двигателей.
Основными частями асинхронного двигателя являются (рис. 5-1): статор 1 с рабочей обмоткой, ротор 2 с лопастями вентилятора 3 и два подшипниковых щита 4 с вентиляционными отверстиями.
Сердечник статора собирают из листов электротехнической стали. В специальных пазах, расположенных на внутренней цилиндрической поверхности статора, укладывают рабочие обмотки двигателя. Для включения обмоток звездой и треугольником у обмоток выведены все шесть концов. Ротор асинхронного двигателя представляет собой стальной цилиндрический сердечник, собранный из листов электротехнической стали, с обмоткой в виде «|беличьего колеса», которое можно рассматривать как многофазную обмотку (рис. 5-2) Здесь каждая пара диаметрально противоположных стержней с соединительными кольцами представляет собой короткозамкнутый виток.
Рис. 5-1
Рис. 5-2
Вращение ротора можно объяснить следующим образом. Если «беличье колесо», способное вращаться вокруг оси, поместить во вращающееся магнитное поле, то под действием ЭДС, возникающих в стержнях, в короткозамкнутых витках появятся токи. Эти токи, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, приведут «беличье колесо» в асинхронное вращение в ту же сторону, что и поле. Получается асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, так как стержни «беличьего колеса», выполняющие роль рабочей обмотки ротора, замкнуты накоротко через соединительные кольца. Однако из-за большого рассеяния магнитного потока внутри статора (в воздухе) действующее на ротор усилие со стороны вращающегося поля было бы невелико, поэтому «беличье колесо» располагают на поверхности стального цилиндра. Последний собирают из отдельных листов электротехнической стали.
