Асинхронные электрические машины как электродвигатели

Асинхронные электрические машины находят применение в основном в качестве двигателей. В качестве генераторов они практически не применяются. Асинхронные электродвигатели могут получать питание от многофазной (как правило - трехфазной) или однофазной сети переменного тока. Асинхронные двигатели делятся на две основные группы - с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Наибольшее распространение во всех областях промышленности имеют дешевые в производстве и надежные в эксплуатации двигатели с короткозамкнутых ротором.

Одной из разновидностей электродвигателей с короткозамкнутым ротором являются многоскоростные двигатели с переключением числа пар полюсов обмотки статора. Они применяются в электроприводах со ступенчатым регулированием скорости вращения и имеют 2, 3, или 4 номинальные скорости вращения.

Асинхронная электрическая машина имеет цилиндрическую конструкцию и состоит из статора и ротора. Ротор насажен на вал. Концы вала опираются на подшипниковые щиты, которые крепятся к статору. Статор представляет собой полый цилиндр, который набран из листов электротехнической стали, имеющих толщину 0,5 мм и изолированных друг от друга. С внутренней стороны магнитопровода статора имеются пазы. В пазы уложена обмотка. Фазные обмотки статора одинаковы и симметрично распределены по пазам.

Ротор представляет собой цилиндр который набран из листов электротехнической стали, имеющих толщину 0,5 мм и изолированных друг от друга. С наружной стороны магнитопровода ротора имеются пазы. В пазах расположены проводники обмотки ротора.

К основным номинальным параметрам машины относят действующие значения напряжения и тока обмотки статора.Эти параметры являются предельными. Величина номинального напряжения зависит от магнитных свойств магнитопровода, а величина номинального тока определяется способностью обмотки рассеивать тепловую энергию. К номинальным данным также относят мощность, кпд, коэффициент мощности. Кроме того, в справочных данных принято указывать следующие значения асинхронной машины: номинальную частоту вращения, кратность максимального момента, кратность пускового тока.

Принцип действия асинхронного электродвигателя заключается в следующем. Если к обмоткам статора приложить симметричную m-фазную систему напряжений, то по обмоткам статора потекут токи, которые создадут вращающийся в плоскости поперечного разреза машины магнитный поток. Магнитный поток наведет в обмотках ротора напряжения, которые вызовут протекание токов по обмоткам ротора. Взаимодействие магнитного поля статора и токов ротора создаст электромагнитный момент, который приведет во вращение ротор.

Ток ротора возникает лишь в том случае, если угловая скорость вращения ротора и угловая частота напряжения статора не совпадают. Если в комплексе тока статора мнимая часть совпадает с током ротора, то его действительная часть является током намагничивания статора. Электромагнитный момент пропорционален произведению тока намагничивания и тока ротора. При постоянном токе намагничивания статора ток ротора пропорционален угловой частоте тока ротора.

При постоянной амплитуде и частоте напряжения статора электромагнитный момент асинхронного электродвигателя является нелинейной функцией угловой частоты тока ротора и имеет экстремум при угловой частоте тока ротора, называемой критической.

Для управления моментом необходимо одновременно воздействовать на частоту и амплитуду симметричной трехфазной системы напряжения обмотки статора. Возможны два подхода к управлению короткозамкнутым асинхронным двигателем. Первый подход заключается в формировании такого управления, которое обеспечивает минимальные электрические потери.

Для реализации этого алгоритма необходимо поддерживать постоянную частоту токов ротора, а регулирование электромагнитного момента производить напряжением статора.

Второй подход заключается в поддержании постоянного тока намагничивания статора путем воздействия на амплитуду напряжения. При этом регулирование электромагнитного момента осуществляется путем воздействия на частоту напряжения статора.