Принцип дії асинхронного двигуна
Електричні машини, що перетворюють електричну енергію змінного струму в механічну енергію, називаються електродвигунами змінного струму.
У промисловості найбільшого поширення набули асинхронні двигуни трифазного струму. Розглянемо пристрій і принцип дії цих двигунів.
Принцип дії асинхронного двигуна заснований на використанні обертового магнітного поля.
Для з'ясування роботи такого двигуна виконаємо наступний досвід.
Зміцнимо підковоподібний магніт на осі таким чином, щоб його можна було обертати за ручку, в зоні дії його магнітного поля розташуємо на осі мідний диск, який може вільно обертатися.
Ріс.1.37. Найпростіша модель для отримання обертового магнітного поля
Почнемо обертати магніт за ручку за годинниковою стрілкою. Поле магніту також почне обертатися і при обертанні буде перетинати своїми силовими лініями мідний диск. У диску виникнуть вихрові струми, які створять своє власне магнітне поле - поле диска. Це поле буде взаємодіяти з магнітним полем постійного магніту, в результаті чого циліндр почне обертатися в ту ж сторону, що і магніт.
Швидкість обертання диска менше швидкості обертання поля магніту.
Швидкість обертання магнітного поля прийнято називати синхронної, так як вона дорівнює швидкості обертання магніту, а швидкість обертання циліндра - асинхронної (несинхронної). Двигун отримав назву асинхронного двигуна. Швидкість обертання циліндра (ротора) відрізняється від синхронної швидкості обертання магнітного поля на невелику величину, звану ковзанням.
Позначивши швидкість обертання ротора через n1 і швидкість обертання поля через n ми можемо підрахувати величину ковзання в процентах за формулою:
У наведеному вище досвіді обертове магнітне поле і викликане ним обертання циліндра ми отримували завдяки обертанню постійного магніту, М. О. Доліво-Добровольський запропонував використовувати для цієї мети трифазний струм.
Ріс.1.38. Схема асинхронного електродвигуна Доливо-Добровольського
На полюсах залізного сердечника кільцевої форми, званого статором електродвигуна, поміщені три обмотки, мережі трифазного струму 0 розташовані одна щодо іншої під кутом 120 °.
Всередині осердя укріплений на осі металевий циліндр, званий ротором електродвигуна, якщо з'єднати між собою так, як показано на малюнку 2 і підключити їх до мережі трифазного струму (ріс.1.39).
Ріс.1.39. Мережа трифазного змінного струму
Загальний магнітний потік, створюваний трьома полюсами, виявиться, що обертається (графік зміни струмів в обмотках двигуна і процес виникнення магнітного поля показаний на ріс.1.40.
Ріс.1.40. Зміна струмів і процес виникнення обертового поля
Обертається магнітний потік буде захоплювати за собою циліндр - таким чином ми отримаємо асинхронний електродвигун (ріс.1.41).
Ріс.1.41. Асинхронний двигун
Якщо поміняти місцями обмотки другої і третьої фаз, то магнітний потік змінить напрямок свого обертання на протилежне.
Якщо на статорі три обмотки, то обертове магнітне поле двухполюсное 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 созданочетирехполюсное обертове магнітне поле. При дев'яти обмотках поле буде шестіполюсним.
При частоті трифазного струму f, що дорівнює 50 періодам в секунду, або 3000 в хвилину, число обертів n обертового поля в хвилину буде:
- при двополюсному статорі n = (50 х 60) / 1 = 3000 об / хв,
- при чотириполюсним статорі n = (50 х 60) / 2 = 1500 об / хв,
- при шестіполюсном статорі n = (50 х 60) / 3 = 1000 об / хв,
- при числі пар полюсів статора, що дорівнює p: n = (f х 60) / p.
Швидкість обертання магнітного поля і залежить від числа обмоток на статорі двигуна. Ротор ж двигуна буде трохи відставати в своєму обертанні.
Однак 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 достоїнств.