large_ (5).jpgЕлектричні машини, що перетворюють електричну енергію змінного струму в механічну енергію, називаються електродвигунами змінного струму.

У промисловості найбільшого поширення набули асинхронні двигуни трифазного струму. Розглянемо будову і принцип дії цих двигунів.

Принцип дії асинхронного двигуна заснований на використанні магнітного поля, що обертається.

Для з'ясування роботи такого двигуна виконаємо наступний дослід.

Закріпимо підковоподібний магніт на осі так, щоб його можна було обертати за ручку. Між полюсами магніта розташуємо на осі мідний циліндр, що може вільно обертатися.

1255079565_2.gif

Малюнок 1. Проста модель для отримання обертового магнітного поля

Почнемо обертати магніт за ручку за годинниковою стрілкою. Поле магніта також почне обертатися і при обертанні перетинатиме своїми силовими лініями мідний циліндр. У циліндрі за законом електромагнітної індукції виникнуть вихрові струми, які створять своє власне магнітне поле — поле циліндра. Це поле взаємодіятиме з магнітним полем постійного магніту, внаслідок чого циліндр почне обертатися в ту ж сторону, що і магніт.

Встановлено, що швидкість обертання циліндра дещо менша швидкості обертання поля магніта.

Дійсно, якщо циліндр обертається з тією ж швидкістю, що і магнітне поле, то магнітні силові лінії не перетинають його, а отже, в ньому не виникають вихрові струми, що викликають обертання циліндра.

Швидкість обертання магнітного поля прийнято називати синхронною, оскільки вона співпадає зі швидкістю обертання магніта, а швидкість обертання циліндра — асинхронною (несинхронною). Тому сам двигун отримав назву асинхронного двигуна. Швидкість обертання циліндра (ротора) відрізняється від синхронної швидкості обертання магнітного поля на невелику величину, яка називається ковзанням.

Позначивши швидкість обертання ротора через n1 і швидкість обертання поля через n ми можемо підрахувати величину ковзання у відсотках за формулою:

s = (n - n1) / n.

У приведеному вище досліді магнітне обертове поле і викликане ним обертання циліндра ми отримували завдяки обертанню постійного магніта, тому такий пристрій ще не являється електродвигуном. Треба змусити електричний струм створювати магнітне обертове поле, і використовувати його для обертання ротора. Це завдання в свій час блискуче вирішив М. О. Доліво-Добровольський. Він запропонував використовувати для цієї мети трифазний струм.

Пристрій асинхронного електродвигуна М. О. Доліво-добровольського

1255079554_21.gif

Малюнок 2. Схема асинхронного електродвигуна Доліво-добровольського

На полюсах залізного сердечника кільцевої форми, званого статором електродвигуна, поміщено три обмотки, мережі трифазного струму 0 розташованих одна щодо іншої під кутом 120°.

Всередині сердечника укріплений на осі металевий циліндр, званий ротором електродвигуна.

Якщо обмотки з'єднати між собою так, як показано на малюнку, і підключити їх до мережі трифазного струму, то загальний магнітний потік, що створюється трьома полюсами, виявиться таким, що обертається.

На малюнку 3 показаний графік зміни струмів в обмотках двигуна і процес виникнення магнітного поля, що обертається.

Розглянемо - докладніше цей процес.

1255079591_3.gif

Малюнок 3 Обертове магнітне поле

У положенні «А» на графіку струм в першій фазі дорівнює нулю, в другій фазі він негативний, а в третій позитивний. Струм по котушках полюсів потече в напрямку, вказаному на малюнку стрілками.

Визначивши за правилом правої руки напрям створеного струмом магнітного потоку, ми переконаємося, що на внутрішньому кінці полюса (зверненому до ротора) третьої котушки буде створений південний полюс (Пд), а на полюсі другої котушки — північний полюс (Пн). Сумарний магнітний потік буде направлений від полюса другої котушки через ротор до полюса третьої котушки.

У положенні «Б» на графіку струм в другій фазі дорівнює нулю, в першій фазі він позитивний, а в третій негативний. Струм, протікаючи по котушках полюсів, створює на кінці першої котушки південний полюс (Пд), на кінці третьої котушки північний полюс (Пн). Сумарний магнітний потік тепер буде направлений від третього полюса через ротор до першого полюса, тобто полюси при цьому перемістяться на 120°.

У положенні «В» на графіці струм в третій фазі дорівнює нулю, в другій фазі він позитивний, а в першій негативний. Тепер струм, протікаючи по першій і другій котушках, створить на кінці полюси першої котушки — північний полюс (Пн), а на кінці полюса другої котушки — південний полюс (Пд), тобто полярність сумарного магнітного поля переміститься ще на 120°. У положенні «Г» на графіці магнітне поле переміститься ще на 120°.

Таким чином, сумарний магнітний потік змінюватиме свій напрям із зміною напряму струму в обмотках статора (полюсів).

При цьому за один період зміни струму в обмотках магнітний потік зробить повний оборот. Магнітний потік, що обертається, захоплюватиме за собою циліндр, і ми отримаємо таким чином асинхронний електродвигун.

Нагадаємо, що на малюнку 3 обмотки статора сполучено «зіркою»,однак обертове магнітне поле утворюється і при з'єднанні їх «трикутником».

Якщо ми поміняємо місцями обмотки другої і третьої фаз, то магнітний потік змінить напрям свого обертання на зворотній.

Такого ж результату можна добитися, не міняючи місцями обмотки статора, а направляючи струм другої фази мережі в третю фазу статора, а третю фазу мережі — в другу фазу статора.

Таким чином, змінити напрям обертання магнітного поля можна перемиканням два будь-яких фаз.

Ми розглянули будрву асинхронного двигуна, що має на статорі три обмотки. В цьому випадку магнітне обертове поле двополюсне і число його оборотів в одну секунду дорівнює числу періодів зміни струму в одну секунду.

Якщо на статорі розмістити по колу шість обмоток, то буде створено чотирьохполюсне магнітне обертове поле. При дев'яти обмотках поле буде шестиполюсним.

При частоті трифазного струму f, рівною 50 періодам в секунду, або 3000 в хвилину, число оборотів n обертового поля в хвилину буде:

при двополюсному статорі n = (50 х 60 ) / 1 = 3000 об/хв
при чотирьохполюсному статорі n = (50 х 60 ) / 2 = 1500 об/хв
при шестиполюсному статорі n = (50 х 60 ) / 3 = 1000 об/хв
при числі пар полюсів статора, рівному p: n = (f х 60 ) / p

Отже, ми встановили швидкість обертання магнітного поля і залежність її від числа обмоток на статорі двигуна.

Ротор двигуна буде, як нам відомо, дещо відставати при своєму обертанні.

Проте відставання ротора дуже невелике. Так, наприклад, при холостому ході двигуна різниця швидкостей складає всього 3%, а при навантаженні 5 - 7%. Отже, обороти асинхронного двигуна при зміні навантаження змінюються в дуже невеликих межах, що є одним з його переваг.

Розглянемо тепер будову асинхронних електродвигунів

Статор сучасного асинхронного електродвигуна має невиражені полюси, тобто внутрішня поверхня статора зроблена абсолютно гладкою.

Щоб зменшити втрати на вихрові струми, сердечник статора набирають з тонких шихтованих листів електротехнічної сталі. Зібраний сердечник статора закріплюють в сталевому корпусі.

У пази статора закладають обмотку з мідного дроту. Фазові обмотки статора електродвигуна з'єднуються «зіркою» або «трикутником», для чого всі початки і кінці обмоток виводяться на корпус — на спеціальний ізоляційний щиток. Такий будова статора дуже зручна, оскільки дозволяє включати його обмотки на разні стандартні напруги.

Ротор асинхронного двигуна, подібно до статора, набирається з шихтованих листів сталі. У пази ротора закладається обмотка.

Залежно від конструкції ротора асинхронні електродвигуни розділяться на двигуни з короткозамкнутим ротором і фазним ротором.

images (2)_11.jpg

Обмотка короткозамкнутого ротора зроблена з мідних стрижнів, що закладаються в пази ротора. Торці стрижнів сполучені за допомогою мідного кільця. Така обмотка називається обмоткою типу «білячої клітки». Відмітимо, що мідні стрижні в пазах не ізолюються.

У деяких двигунах «білячу клітку» замінюють литим ротором.

Асинхронний двигун з фазним ротором (з контактними кільцями) застосовується зазвичай в електродвигунах великої потужності і в тих випадках; коли необхідно, щоб електродвигун створював велике зусилля при рушанні з місця. Досягається це тим, що в обмотки фазного двигуна включається пусковий реостат.

Короткозамкнуті асинхронні двигуни пускаються в хід двома способами:

1)Безпосереднім підключенням трифазної напруги мережі до статора двигуна. Цей спосіб найпростіший і найбільш популярніший.

2) Зниженням напруги, що підводиться до обмоткам статора. Напругу знижують, наприклад, перемикаючи обмотки статора з «зірки» на «трикутник».

Пуск двигуна в хід відбувається при з'єднанні обмоток статора «зіркою», а коли ротор досягне нормального числа оборотів, обмотки статора перемикаються на з'єднання «трикутником».

Струм в підведених проводах при цьому способі пуску двигуна зменшується в 3 рази в порівнянні з тим струмом, який виник би при пуску двигуна прямим включенням в мережу з обмотками статора, сполученими «трикутником». Проте цей спосіб придатний лише в тому випадку, якщо статор розрахований для нормальної роботи при з'єднанні його обмоток «трикутником».

Найбільш простим, дешевим і надійним є асинхронний електродвигун з короткозамкнутим ротором, але цей двигун володіє деякими недоліками — малим зусиллям при рушанні з місця і великим пусковим струмом. Ці недоліки значною мірою усуваються застосуванням фазного ротора, але застосування такого ротора значно здорожує двигун і вимагає пускового реостата.

Voltstroy - интернет магазин электротехники