Асинхронный двигатель

Асинхронный электродвигатель- это электрическая установка для превращения электрической силы в механическую. Принцип асинхронного электродвигателя заключается во взаимодействии электромагнитных полей, когда по ним проходит ток. То есть при прохождении тока по статору, его магнитное поле взаимодействует с полем ротора, и в результате разности скоростей полей возникает крутящий момент. Наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели, состоящие из неподвижной части—статора—и подвижной—ротора; в пазы статора уложена трехфазная обмотка, состоящая из трех отдельных обмоток (фаз), соединенных звездой или треугольником. При питании этой обмотки трехфазным током создается магнитное поле, вращающееся с синхронной скоростью.

В 1824 году физик Ф. Араго. опытным путем обнаружил такое явление как магнетизм вращения. В 1879 году ученый У. Бейли подключил электромагнит к источнику питания, в результате появилось вращающееся магнитное поле. В 1887 годе Н Тесла сделал двухфазный двигатель.В 1889 году М.О.Доливо-Добрвольский изобрел трёхфазный асинхронный электродвигатель, в котором использовал ротор вида «беличье клетка» Спустя два года он же использовал в двигателях «двойную беличью клетку».

Конструкция: статор внутри него вращается ротор. Скорость ротора зависит от частоты в сети и число пар полюсов статора.При пуске асинхронного двигателя ток запуска в 6 раз больше рабочего тока двигателя. В результате этого на прямую к сети питания подключают только двигатели до 20 кВт.

Чтобы поменять вращение статора надо перекинуть местами две фазы на роторе.Благодаря легкости в обслуживании асинхронного электродвигателя, его повседневно применяют на производстве. Недостатками асинхронного электродвигателя являются малый разброс регулировки скоростей.В производстве так же применяется однофазный асинхронный двигатель. Две обмотки подключаются напрямую , а третья через высоковольтный конденсатор. Конденсатор служит для сдвига фаз, и образование магнитного паля вокруг третьей обмотки.

Асинхронная машина, подключенная к трехфазной сети переменного тока, при частоте вращения п2 > n1 переходит в генераторный режим. При этом реактивную мощность, необходимую для возникновения вращающего магнитного поля, машина получает из сети. Можно также обеспечить работу асинхронной машины в качестве автономного генератора, если подавать в обмотку статора необходимую реактивную мощность от батареи конденсаторов.

В автономном асинхронном генераторе (рис. 4.71, а) к выходу генератора АГ, приводимого во вращение каким-либо первичным двигателем Д, параллельно нагрузке в каждую фазу подключают конденсатор С. При активной нагрузке реактивная мощность, поступающая от конденсатора, QC должна быть равна реактивной (намагничивающей) мощности генератора Qp , необходимой для создания его магнитного потока. При смешанной активно-индуктивной нагрузке мощность QC должна покрывать также реактивную мощность Qpн нагрузки. Схема замещения асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением изображена на рис. 4.71,б.

Характеристики асинхронных двигателей. Для правильной эксплуатации асинхронного двигателя необходимо знать его характеристики: механическую и рабочие.

Механическая характеристика. Зависимость частоты вращения ротора от нагрузки (вращающегося момента на валу) называется механической характеристикой асинхронного двигателя. При номинальной нагрузке частота вращения для различных двигателей обычно составляет 98—92,5 % частоты вращения n1 (скольжение sном = 2 – 7,5 %). Чем больше нагрузка, т. е. вращающий момент, который должен развивать двигатель, тем меньше частота вращения ротора. Как показывает кривая на рис. а, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении нагрузки в диапазоне от нуля до наибольшего ее значения. Поэтому говорят, что такой двигатель обладает жесткой механической характеристикой.

При включении в цепь обмоток ротора пускового реостата получаем семейство механических характеристик (рис.б). Характеристика 1 при работе двигателя без пускового реостата называется естественной. Характеристики 2, 3 и 4, получаемые при подключении к обмотке ротора двигателя реостата с сопротивлениями R1п (кривая 2), R2п (кривая 3) и R3п (кривая 4), называют реостатными механическими характеристиками. При включении пускового реостата механическая характеристика становится более мягкой (более крутопадающей), так как увеличивается активное сопротивление цепи ротора R2 и возрастает sкp. При этом уменьшается пусковой ток. Пусковой момент Мп также зависит от R2. Можно так подобрать сопротивление реостата, чтобы пусковой момент Мп был равен наибольшему Мmax.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n2, КПД η, полезного момента (момента на валу) М2, коэффициента мощности cos ϕ1, и тока статора I1 от полезной мощности Р2.

Частота вращения n с ростом отдаваемой мощности Р2 изменяется мало, так же как и в механической характеристике; вращающий момент на валу М2 пропорционален мощности Р2, он меньше электромагнитного момента М на значение тормозящего момента Мтр, создаваемого силами трения.

Ток статора I1, возрастает с увеличением отдаваемой мощности, но при Р2 = 0 имеется некоторый ток холостого хода I0. К. п. д. изменяется примерно так же, как и в трансформаторе, сохраняя достаточно большое значение в сравнительно широком диапазоне нагрузки.

Наибольшее значение к. п. д. для асинхронных двигателей средней и большой мощности составляет 0,75—0,95 (машины большой мощности имеют соответственно больший к. п. д.). Коэффициент мощности cosϕ асинхронных двигателей средней и большой мощности при полной нагрузке равен 0,7—0,9. Следовательно, они загружают электрические станции и сети значительными реактивными токами (от 70 до 40% номинального тока), что является существенным недостатком этих двигателей.

При нагрузках 25—50 % номинальной, которые часто встречаются при эксплуатации различных механизмов, коэффициент мощности уменьшается до неудовлетворительных с энергетической точки зрения значений (0,5—0,75).

При снятии нагрузки с двигателя коэффициент мощности уменьшается до значений 0,25—0,3, поэтому нельзя допускать работу асинхронных двигателей при холостом ходе и значительных недогрузках.