3-х фазний асинхронний двигун був винайдений російським інженером Михайлом Доліво-Добровольським в 1889 році. Цей двигун був з короткозамкненим ротором.
Сьогоднішні трифазні асинхронні двигуни перетворюють електричну енергію змінного струму в механічну. Область застосування їх досить велика, оскільки вони недорогі, прості в експлуатації і дуже надійні. Асинхронні двигуни займають 90% від загального обсягу випущених двигунів у всьому світі. Даний електродвигун змінив історію світової промисловості.
Асинхронний двигун являє собою асинхронну машину, яка розрахована на перетворення електричної енергії в механічну енергію. Прикметник «асинхронний» означає різночасних. Однак вважається, що у двигунів такого роду частоти обертання ротора менше, ніж статора. Функціонують асинхронні двигуни від мережі змінного струму.
Конструкція асинхронного двигуна.
На представленому вище малюнку зображено:
- 1 - вал;
- 2,6 - підшипники;
- 3,8 - підшипникові щити;
- 4 - лапи;
- 5 - кожух вентилятора;
- 7 - крильчатка вентилятора;
- 9 - короткозамкнений ротор;
- 10 - статор;
- 11 - коробка висновків.
Основними частинами асинхронного двигуна є статор (10) і ротор (9). Ротор (9), а також статор (10) - найголовніші частини асинхронного двигуна.
Як правило, статор має циліндричної формою, а укомплектовується він з листів сталі. Обмотки з обмотувального дроту розміщуються в пазах сердечника статора. Осі обмоток зміщені на 120 градусів в просторі щодо один одного. Кінці обмоток можуть скріплюватися зіркою або трикутником. Це залежить від напруги, що подається.
Існує два різновиди ротора асинхронного двигуна:
- короткозамкнений ротор - це сердечник, що зібраний з аркушів стали. Через заливки розплавленого алюмінію в пазах такого сердечника з'являються стрижні, що з'єднує безпосередньо замикаються торцевими кільцями. У двигунах з високою потужністю алюміній можуть замінити міддю. Така побудова носить назву «біляча клітина». Воно являє собою короткозамкненим обмотку ротора (звідси і назва).
Фазний ротор має 3-х фазної обмотки, що дуже подібна до обмотці статора. На практиці кінці обмоток скріплюються зіркою, а вільні кінці підбиваються до контактних кілець. У ланцюг обмотки фазного ротора можна ввести додатковий резистор, адже до кілець підключені щітки. Така можливість існує для того, щоб можна було міняти активний опір в ланцюзі ротора. Це в свою чергу робить зниження великих пускових струмів .
Принцип роботи асинхронного двигуна.
Під час подачі напруги до обмотки в будь-який з фаз створюється магнітний потік. Він змінюється паралельно частоті напруги, що подається. Дані магнітні потоки зміщені на 120 градусів в часі і просторі щодо один одного. Разом з тим, результуючий магнітний потік в дійсності виявляється, що обертається.
У провідниках ротора результуючий магнітний потік статора при обертанні створює ЕРС. В обмотці ротора є замкнуте електричне коло, в якій виникає струм. Тим часом струм при взаємодії з магнітним потоком статора утворює пусковий момент двигуна, що прагне направити ротор в тому напрямку, в якому обертається магнітне поле статора. Коли він перевищить значення гальмівного моменту ротора, ротор прийде в дію. У цей момент виникає ковзання.
Ковзання являє собою величину, що показує в процентному співвідношенні наскільки n1 більше, ніж n2.
де:
- s - ковзання;
- n1- синхронна частота магнітного поля статора;
- n2 - частота обертання ротора.
Ковзання - вельми значуща величина, яка на початковому етапі дорівнює одиниці, але зі зростанням частоти обертання n2 ротора різниця частот n1-n2 зменшується. В результаті в провідниках ротора знижується струм і ЕРС. Отже, відбувається зменшення крутного моменту. У ситуації, коли двигун працює на валу без навантаження (режим холостого ходу) показник ковзання мінімальний. Однак зі зростанням статичного моменту, ковзання збільшується до критичної позначки (sкр - критичне ковзання). При перевищенні даного значення може статися «перекидання двигуна», яке в кінцевому підсумку призведе до нестабільної роботи асинхронного двигуна. Діапазон значення ковзання - 0-1, а в номінальному режимі для таких двигунів загального призначення воно стає характерною - 1 - 8%.
Величини припинять змінюватися коли виникне рівновага між електромагнітним моментом , Що змушує ротор обертатися, і гальмівним моментом, що створюється навантаженням на валу двигуна.
Таким чином, принцип роботи асинхронного двигуна грунтується на взаємодії обертового магнітного поля статора і струмів, що наводяться даними магнітним полем в роторі. Хоча крутний момент виникає лише в тій ситуації, коли присутній різниця частот обертання магнітних полів.