Трифазний асинхронний двигун

Найбільш поширеним джерелом механічної енергії є обертовий вал двигуна. Більшість електричних двигунів влаштовані на основі взаємодії магнітних полів. Вони створюються окремими частинами двигунів, які іменуються статором і ротором. Статор зазвичай є частиною корпусу, який встановлюється на нерухомому підставі. Ротор обертається щодо статора. Вал є частиною ротора. Для того щоб отримати взаємодія статора і ротора може бути використано велику кількість різних технічних рішень.

Пристрій

Однак простота конструкції і надійність при мінімальній ціні движка без істотного негативного впливу на його механічну ефективність є головними перевагами. У будь-якому електродвигуні сили, які виникають при взаємодії магнітних полів, здатні викликати безперервне обертання тільки в тому випадку, якщо хоча б одна з них переміщається в просторі. Таку силу без зовнішнього механічного впливу можна створити тільки змінним магнітним полем. Якщо його створювати з використанням ротора, конструкція останнього зажадає як мінімум ковзають контактів у вигляді кілець з щітками для підключення до джерела змінної напруги.

А це спричинить за собою погіршення надійності і збільшення собівартості движка. Тому для отримання найбільш дешевого перетворення електроенергії в механічну енергію до джерела змінної напруги вигідніше підключати статор. З метою отримання найбільш ефективного переміщення електромагнітної сили статора підключеного до електромережі треба зробити в ньому обмотки так, щоб повторити принцип пристрою електрогенератора цієї трифазної електромережі. А це статор з розташуванням шести підлозі - обмоток по протилежних вершин правильного шестикутника.

Пара підлозі - обмоток утворюють одну обмотку. Кожна з трьох таких обмоток підключається до трифазної електромережі. При цьому може бути або схема «зірка» (а), Або «трикутник» (б). У відповідності зі схемою з`єднуються клеми з кінцями обмоток (в).

Така конструкція статора створює рівномірно обертається магнітне поле. Чим більше полюсів містить статор, тим повільніше обертається електромагнітне поле. Силові лінії його будуть подібні до силових ліній ротора електрогенератора трифазної електромережі.

Якщо вони перетнуться з контуром, який створений провідником, по суті, є витком вторинної обмотки трансформатора замкнутим накоротко, в контурі з`явиться індукований струм і магнітне поле. І як наслідок цього буде механічне взаємодія цих двох електромагнітних полів.

Чим обумовлені основні різновиди трифазних асинхронних двигунів?

Ротор з будь-якого металу, якої б форми він не був, є безліччю витків, замкнутих накоротко. Але для посилення магнітного поля в ньому і що випливає з цього посилення механічної реакції ротора необхідний сердечник з феромагнітного матеріалу, розташований всередині кожного витка. Для цього ротор виконується як конструкція, що нагадує колесо, в якому бігає білка, що живе в клітці. Тому цей різновид конструкції так і називається - «біляча клітина»:

Так само як і магнітопровід трансформатора ротор і статор збираються зі сталевих пластин для зменшення втрат.

Відомо, що якщо переміщати при однаковому взаємне розташування магніт і провідник в останньому буде з`являтися струм тим більший, чим швидше взаємне переміщення провідника і магніту. У момент пуску ротор нерухомий і еквівалентний провіднику. А статор, що обертається магнітне поле якого еквівалентно переміщається магніту, максимально швидко рухається щодо ротора. З цієї причини величина струму в роторі виходить максимальної. Фактично при запуску асинхронний двигун еквівалентний трансформатору в режимі короткого замикання вторинної обмотки, якої еквівалентний ротор.

Зі збільшенням потужності асинхронного двигуна збільшуються також і струми, які можуть існувати в його обмотках, в тому числі і при запуску. Якщо не брати спеціальних заходів, пускові струми можуть настільки знизити напругу електромережі, що це негативно відбитися на роботі інших пристроїв, підключених до неї. Одним з таки способів зменшення пускового струму є спеціальна конструкція ротора. На ньому проводом намотуються три обмотки, які своїми висновками приєднуються до трьох кілець. Ротор, виконаний у вигляді такої конструкції, називається «фазним».

Кільця дозволяють управляти величиною струму в роторі в міру його розгону за допомогою зовнішнього реостата або резисторів підключених до щіток, які мають контакти з кільцями. У сталому режимі кільця замикаються накоротко спеціальним механізмом, який одночасно відсуває щітки від кілець для зменшення зношування їх. Існують і дві інші конструкції, які дають можливість зменшити пусковий струм трифазного асинхронного двигуна. Вони також засновані на принципі використання обмеження струму в роторі.

Але при цьому опір не регулюється, оскільки закладено на етапі виготовлення ротора в його конструкцію, яка може бути

• з подвійною «білячою кліткою»;
• з глибоким пазом в роторі.

Здвоєна «біляча клітина» являє собою дві коаксіально розташовані «білячі клітини». Вони виготовлені з різних металів для отримання більш високих значень опору для зовнішніх провідників (1) і мінімального опору для внутрішніх провідників (2). При пуску з магнітним полем статора більш ефективно взаємодіє зовнішня обмотка. Але оскільки вона має певний опір, пусковий струм виходить менше в порівнянні з відсутністю її. Після розгону з магнітним полем статора більш ефективно взаємодіє внутрішня обмотка.

Схожа закономірність виходить і для конструкції ротора з глибоким пазом. Розподіл струму по перетину провідника змінюється в міру збільшення сили струму. А оскільки пусковий струм дуже великий в плоскому провіднику він витісняється назовні ротора і ущільнюється поблизу його поверхні настільки, що пропускна здатність плоского провідника виявляється недостатньою і виникає ефект опору, що обмежує величину пускового струму. Зовнішня і внутрішня частини цього провідника (4) виходять подібні двом коаксіальним «болючих клітинам».

Після розгону відмінність швидкостей обертового поля статора і ротора зменшується, так само як і струм відповідно і в роторі і в статорі. У сталому режимі ротор буде відставати від обертового магнітного поля статора, і величина цього відставання називається «ковзанням», що вимірюється або у відсотках, або в відносних одиницях. У трифазному асинхронному двигуні з короткозамкненим ротором швидше за все зношуються підшипники. При правильній експлуатації це найбільш ефективний з усіх існуючих електродвигунів.