12.7. АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ
Расположим на статоре три обмотки, оси которых сдвинуты на угол 120° одна относительно другой, и подключим их к источнику трехфазного тока. Эти обмотки создадут вращающееся магнитное поле.
Но вместо того чтобы обмотку ротора питать постоянным током (как это делается в синхронных машинах), замкнем ее накоротко или через какое-нибудь небольшое сопротивление, подключаемое к щеткам, скользящим по кольцам.
В такой замкнутой обмотке ток будет возникать, как во вторичной обмотке трансформатора. Действительно, если обмотка ротора неподвижна или вращается со скоростью, меньшей скорости вращения магнитного поля, то магнитный поток, пронизывающий эту обмотку, будет все время меняться. Благодаря изменению магнитного потока в ней будет наводиться напряжение, и, если только цепь замкнута, в этой обмотке возникнет ток. Взаимодействие токов неподвижной трехфазной обмотки и обмотки ротора и создает силы, приводящие ротор асинхронного двигателя во вращение.
Таким образом, выходит, что ротор двигателей такого типа должен вращаться медленнее вращения поля, несинхронно с ним. Отсюда и название двигателей — асинхронные (т. е. несинхронные).
Действительно, если бы ротор вращался с такой же скоростью, как и магнитное поле, не было бы никакого изменения магнитного потока, сцепленного с его обмоткой.
Напротив, чем медленнее вращается ротор, тем больше он отстает от вращающегося магнитного поля, тем больше будет скорость изменения магнитного потока, сцепленного с его обмоткой, а значит, тем больше будет и наводимое в роторной обмотке напряжение. С увеличением напряжения в свою очередь увеличивается ток в обмотке ротора.
Но мы уже видели, когда рассматривали устройство трансформаторов, что чем больше ток во вторичной обмотке, тем больше ток и в первичной. Это остается справедливым и для асинхронных двигателей.
Угловая скорость асинхронных двигателей зависит от механической нагрузки двигателя: чем больше он нагружен, тем больше вращение его ротора будет отставать от вращения магнитного поля.
Это понятно, ведь большая нагрузка (начинающая сильнее препятствовать вращению ротора) требует большего вращающего момента, а этот больший вращающий момент может быть получен за счет увеличения взаимодействующих токов. Но большему отставанию ротора как раз и соответствуют большие токи.
Однако более подробное исследование работы асинкронных двигателей, показывает, что при чрезмерном уменьшении угловой скорости ротора начинает уменьшаться и вращающий момент.
Как правило, асинхронные двигатели работают с очень незначительным изменением угловой скорости их вращения.
Обмотка ротора в асинхронном двигателе может выполняться по-разному.
Рис. 12.13. Беличье колесо
Наибольшее распространение получила обмотка, выполненная в форме беличьего колеса. Эта обмотка представляет собой ряд стержней, уложенных в пазах по поверхности железного ротора. С каждой стороны концы этих стержней соединены между собой кольцом. Такая обмотка «беличье колесо» показана на рис. 12.13.
В других конструкциях обмотка ротора выполнена из трех обмоток, концы которых выведены к трем контактным кольцам. Такой ротор называют фазным.
При неподвижном роторе ток в асинхронном двигателе может достигать слишком больших значений.
Поэтому для ограничения пускового тока асинхронных двигателей в цепь ротора при пуске иногда вводят дополнительное сопротивление. Ясно, что если обмотка ротора выполнена в форме беличьего колеса, ни о каком введении дополнительного сопротивления не может быть и речи.
