К основным техническим характеристикам трехфазного асинхронного электрического двигателя относятся мощность, частота вращения, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности (cos j), масса и другие.
Трехфазная обмотка статора создает вращающееся магнитное поле. Скорость вращения поля зависит только от частоты тока и количества пар полюсов обмотки статора:
,
где п 1 – скорость вращения поля (об/мин); f 1 – частота тока в обмотке статора; р – число пар полюсов.
Вращающееся магнитное поле пересекает стержни «беличьего колеса» и наводит в них ЭДС. Поскольку стержни замкнуты кольцами, ЭДС вызывает в них ток. Взаимодействие вращающегося магнитного поля с током в стержнях создает вращающий электромагнитный момент. Если ротор разогнать до скорости вращающегося поля, то магнитные силовые линии не будут пересекать стержни и ЭДС при этом не наводится.
В этом случае не будет создаваться вращающий электромагнитный момент. Иначе говоря, машина работает только тогда, когда
,
где п 1 – скорость вращения поля (об/мин – синхронная скорость); п 1 – скорость вращения ротора (об/мин – асинхронная скорость).
Вообще асинхронная машина, как и все электрические машины, обратимая, т.е.:
если , машина работает в режиме двигателя,
если , машина работает в режиме генератора,
если , создается искусственный режим идеального нерабочего (холостого) хода.
Если поле вращается в одну сторону, а ротор вращается посторонней силой в другую сторону, то машина работает в режиме электромагнитного тормоза.
Относительное отставание ротора от вращающегося магнитного поля (асинхронность) характеризуется скольжением S, которое определяется по формуле:
.
Обычно эта величина определяется в частях единицы или в процентах и колеблется в пределах S = 0,02...0,05.
Учитывая, что частота вращения магнитного поля можно определить частоту вращения двигателя по формуле:
.
Меняя число пар полюсов p обмотки статора, можно регулировать частоту вращения магнитного поля, а, следовательно, и частоту вращения асинхронного двигателя.
Важной характеристикой асинхронного двигателя служит вращающий момент. Он создается благодаря действию сил, обусловленных взаимодействием магнитных полей статора и ротора. Значение вращающего момента зависит от скольжения (см. рис.). Такая кривая имеет явный максимум при критическом скольжении. Этот максимум делит кривую на области устойчивой и неустойчивой работы. Обычно номинальное значение скольжения S н = 0,02...0,05, критическое скольжение S кр = 0,1...0,2. При S п = 1 – пуск двигателя. Устойчивая работа двигателя возможна лишь при скольжении, которому соответствует возрастание вращающего момента, например, при скольжении S н и вращающем моменте M н (точка 1). При скольжении же S 2 и моменте M н (точка 2) частота вращения двигателя станет уменьшаться и может дойти до нуля.
При пуске асинхронного электродвигателя вращающееся магнитное поле пересекает обмотку ротора с большей скоростью, чем при работе двигателя, так как в момент его пуска ротор неподвижен. Вследствие этого в обмотке ротора индуцируется большая, по сравнению с номинальной, ЭДС, а значит, по обмотке проходит и больший ток. Увеличение силы тока в обмотке ротора вызывает соответствующее увеличение силы тока в обмотке статора (это можно объяснить, опираясь на правило Ленца и закон сохранения энергии). Таким образом, при пуске асинхронного двигателя по обмотке статора проходит ток, в 5–7 раз превышающий номинальный. Поэтому пусковой вращающий момент больше номинального. Номинальный же вращающий момент меньше максимального вращающего момента.
Т. о., при пуске в сети, питающей двигатель, возникает бросок тока, который может вызвать настолько значительное падение напряжение, что другие двигатели, питающиеся от этой сети, могут остановиться. С другой стороны, из-за небольшого пускового момента при пуске под нагрузкой двигатель может не преодолеть момент сопротивления на валу (который в момент пуск имеет максимальное значение и уменьшается при раскрутке вала) и не тронется с места. В силу указанных недостатков прямой пуск можно применять только у двигателей малой и средней мощности (примерно до 50 кВт).
Для каждого асинхронного двигателя в его конструктивном исполнении задается определенное значение номинального момента M н, а также M кр и M п. Эти значения указываются в паспорте двигателя в виде отношения к номинальному моменту:
– кратность максимального момента.
– кратность пускового момента.
У асинхронных двигателей значения этих величин равны и
.
Вопросы для самоконтроля:
1. Назовите основные части электрической машины и укажите их назначение.
2. Дайте определение обратимости электрических машин.
3. Что называют вращающимся магнитным полем и как его можно получить?
4. Каково устройство асинхронных машин?
5. Дайте определение понятия «скольжение ротора асинхронной машины».
6. В каком режиме работает асинхронная машина при скольжении: ;
;
?
7. В каких случаях применяются асинхронные двигатели с фазным ротором?
8. Какими методами можно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора?
9. При каких значениях скольжения возможна устойчивая работа асинхронного двигателя?