Асинхронный трехфазный двигатель.

Важнейшим достоинством трехфазной системы для современной промышленности является возможность создания и широкого использования в практике очень простых и надежных электродвигателей, принцип действия которых основан на использовании трехфазного тока.

Рассмотрим устройство и принцип действия трехфазного электродвигателя. Его статор имеет такое же устройство, как статор трехфазного генератора. Три обмотки электродвигателя соединяют звездой или треугольником и подключают к трехфазной сети.

При прохождении тока каждая обмотка создает переменное магнитное поле. Таккак в любой момент времени модуль магнитной индукции В пропорционален силе тока в катушке то изменения индукции магнитного поля любой катушки будут

Рис. 18

происходить по тому же закону, по которому происходят изменения силы тока в ней. Учитывая сдвиг фаз между токами в катушках, можно записать:

Если бы векторы магнитной индукции всех трех магнитных полей были направлены по одной прямой, то сумма векторов магнитной индукции была бы равна нулю в любой момент времени.

Однако в трехфазном электродвигателе обмотки сдвинуты друг относительно друга по окружности статора на 120° (рис. 19). Такие же углы образуют между собой векторы магнитной индукции в межполюсном пространстве. Их следует складывать геометрически:

Выполнив такое сложение, можно убедиться, что модуль вектора магнитной индукции результирующего магнитного поля трех катушек является постоянным: Вт. Сам же вектор магнитной индукции В вращается в плоскости осей катушек с угловой скоростью .

Этот вывод можно проверить экспериментально. Если во вращающееся магнитное поле поместить магнитную стрелку или рамку, питаемую постоянным током, то они будут вращаться с той же угловой скоростью, с какой вращается магнитное поле, т. е. синхронно с ним. Это явление используют в синхронных двигателях, которые широко применяют в промышленности.

Рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя. Если во вращающееся магнитное поле поместить замкнутую металлическую рамку на оси, совпадающей с осью вращения поля, то вследствие вращения магнитного поля магнитный поток, пронизывающий металлическую рамку, изменяется. Это приводит к возникновению в рамке ЭДС индукции:

Рис. 19

и возникновению индукционного тока При взаимодействии вращающегося магнитного поля с током, протекающим в рамке, возникают силы Ампера:

действующие на каждую сторону рамки. Эти силы поворачивают рамку в направлении вращения поля.

По мере того как скорость вращения рамки приближается к скорости вращения магнитного поля, скорость изменения пронизывающего ее магнитного потока уменьшается, поэтому уменьшаются ЭДС индукции и сила тока в рамке. Это приводит к уменьшению момента сил, действующих на рамку.

При равенстве скоростей вращения магнитного поля и рамки ЭДС индукции и сила тока в рамке равны нулю. Следовательно, и момент сил, вызывающих вращение рамки, становится равным нулю. Поэтому рамка в электродвигателе такого типа вращается всегда медленнее магнитного поля, т. е. несинхронно с ним. Электродвигатель, в котором вращающееся магнитное поле взаимодействует с током в обмотках ротора, индуцированным этим же магнитным полем, называют асинхронным двигателем.

Вращающий момент на валу трехфазного асинхронного электродвигателя возрастает с уменьшением скорости вращения ротора и достигает максимального значения при его остановке.

Наиболее широко применяют асинхронные трехфазные двигатели с короткозамкнутым ротором. В таких машинах обмотка ротора представляет собой систему медных стержней, заложенных в пазы ротора и соединенных с торцов медными кольцами. Обмотку такого типа называют «беличьим колесом». «Беличье колесо» может быть и алюминиевым (при его изготовлении алюминий в расплавленном состоянии заливают в пазы ротора под давлением).

Простота асинхронных двигателей в изготовлении и надежность их в эксплуатации привели к тому, что большая часть всех двигателей, применяемых в народном хозяйстве страны, приходится на долю асинхронных двигателей.

Так как при изменении порядка включения начала и конца любой из обмоток статора направление вращения магнитного поля изменяется на противоположное, то для реверсирования (т. е. для изменения направления вращения ротора) трехфазного двигателя достаточно изменить порядок включения начала и конца одной из обмоток статора к сети трехфазного тока.

1. Каковы преимущества линий электропередач трехфазного тока?

2. Опишите устройство генератора трехфазного тока.

3. Как осуществляется соединение фаз генератора и нагрузки звездой?

4. Как осуществляется соединение фаз генератора и нагрузки треугольником?

5. Каковы соотношения между фазными и линейными значениями напряжений и токов при различных схемах включения фаз?

6. Как с помощью трехфазного тока создается вращающееся магнитное поле?

7. Опишите устройство асинхронного трехфазного двигателя.

8. Каковы основные достоинства асинхронного двигателя?