Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с к.з обмоткой.
В результате взаимодействия магнитного потока Ф с током I2, протекающим в проводниках обмотки ротора, возникают электромагнитные силы, приводящие ротор во вращение.
Поэтому вращающий момент, создаваемый на валу двигателя, зависит от величины тока ротора I2 и от магнитного потока Ф.
Кроме того, на величину вращающего момента асинхронного двигателя влияет сдвиг фаз ψ2 между током I2 и э. д. с. ротора.
Для уяснения влияния cos ψ2 рассмотрим картину электромагнитных сил, действующих па проводники ротора.
Рассмотрим сначала случай, когда индуктивность обмотки ротора мала и поэтому сдвигом фаз между током и э. д. с. можно пренебречь. Вращающееся магнитное поле статора здесь заменено полем полюсов N и S, вращающимся, предположим, по направлению часовой стрелки. Пользуясь правилом «правой руки», определяем направление э. д. с. и токов в обмотке ротора. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают момент вращения. Направления сил, действующих на проводники с током, определяются по правилу «левой руки». Как видно из чертежа, ротор под действием электромагнитных сил будет вращаться в ту же сторону, что и само вращающееся поле, т. е. по часовой стрелке.
Рассмотрим второй случай, когда индуктивность обмотки ротора относительно велика. В этом случае сдвиг фаз между током ротора I2 и э. д. с. ротора будет также значительным. На рис. 199, б магнитное поле статора асинхронного двигателя по-прежнему показано в виде вращающихся по направлению часовой стрелки полюсов N и S. Направление индуктированной в обмотке ротора э. д. с. остается таким же, как и на рис. 199, а, но вследствие запаздывания тока по фазе максимум тока I2 наступает позднее, чем максимум э. д. с.
Рис. 199: а) при отсутствии индуктивности
б) при наличии индуктивности |
|
|
На рис. 199 показано направление индуктированных токов в отдельных проводниках ротора в рассматриваемый момент времени, а также направления отдельных электромагнитных сил, действующих на проводники. Если ψ2 = 0, то все электромагнитные силы будут действовать согласованно. При большем ψ2 часть электромагнитных сил создают вращающий момент, направленный по часовой стрелке, а остальные силы - против часовой стрелки.
Магнитный поток Ф не зависит от скорости вращения ротора n. Следовательно, вращающий момент М пропорционален только активной составляющей тока ротора I2 соs ψ2. Индуктивное сопротивление ротора Х2 = 2pfL2, а следовательно, и величина соs ψ2 зависят от частоты тока ротора f2 и поэтому с изменением нагрузки на валу ротора изменяется не только величина тока I2, но и величина соs ψ2..
Таким образом, изменение вращающего момента, развиваемого двигателем, с изменением скорости вращения (и скольжения) определяется одновременно как изменением тока I2, так и изменением соs ψ2.
На основании математического анализа и экспериментального исследования можно построить график зависимости вращающего момента асинхронного двигателя М от скольжения S (рис. 200). Так как каждому значению S соответствует определенное значение n = n0 (1 - S), то указанный график можно представить и как зависимость вращающего момента от скорости n. Зависимость между вращающим моментом М и скольжением S называется механической характеристикой двигателя (рис. 200)
Рис. 200 Механические характеристики асинхронного двигателя |
|
|
На кривой А видно, что в начальный момент пуска, когда S= 1 и n = 0, вращающий пусковой момент двигателя относительно невелик. Это объясняется тем, что в момент пуска частота тока в обмотке ротора наибольшая и индуктивное сопротивление обмотки велико. Вследствие этого соs ψ2 имеет малое значение (около 0,1-0,2). Поэтому, несмотря на большую величину пускового тока, пусковой вращающий момент будет наибольшим. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается.
При некотором скольжении S1, называемом критическим, вращающий момент двигателя будет иметь максимальное значение. При дальнейшем уменьшении скольжения (или, иначе говоря, при дальнейшем увеличении скорости вращения двигателя) вращающий момент будет быстро уменьшаться и при скольжении S = 0 момент двигателя будет равен нулю. Этот режим соответствует идеальному холостому ходу, когда двигатель не нагружен, а механическими потерями (на трение) можно пренебречь. |