Асинхронные машины

Частота вращения магнитного потока статора и скольжения
В рассмотренном двигателе трехфазной системой токов статора создавался магнитный поток с одной парой полюсов (ρ=1). Этот магнитный поток за время одного периода Т совершил один оборот, т.е. поворачивается на угол, соответствующий одной паре полюсов.
За время одного периода магнитный поток двухполюсного двигателя повернется на половину оборота, так как одна пара полюсов занимает половину окружности статора. В общем случае, когда двигатель имеет ρ пар полюсов, магнитный поток совершит 1/ ρ оборота за период Т. В каждую секунду имеем f периодов. Следовательно, магнитный поток совершит f/ ρ оборотов в секунду. В технике принято определять частоту вращательного движения числом оборотов в минуту. Получаем выражение для частоты вращения магнитного потока статора в следующем виде:
n₁=60f/ ρ
Частота вращения магнитного потока зависит от частоты приложенного к обмоткам статора напряжения и числа пар полюсов, создаваемых обмоткой статора. В нормальных условиях эксплуатации электроустановок частота f поддерживается постоянной. Для двигателя число пар полюсов также постоянно. Поэтому частота вращения магнитного потока оказывается постоянной, а так как она определяется частотой напряжения сети, ее называют синхронной частотой вращения.
Большинство асинхронных двигателей работают при промышленной частоте f=50Гц=const. Поэтому для них существует шкала синхронных частот вращения, определяемых как n₁=3000/ ρ.
При ρ, равном 1,2,3,4,5,6 частота n₁ соответственно равна 3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 об/мин.
Чтобы возникали сила F и вращающий момент, действующий на ротор, частота вращения ротора должна быть n₂₁. Степень отставания ротора от вращающегося магнитного потока называется скольжением асинхронного двигателя. Скольжение обозначают S и выражают в относительных единицах или в процентах:
(3)
Чем больше тормозной момент, создаваемый на валу двигателя, тем меньше частота вращения ротора n₂ и больше скольжение S изменяется с изменением нагрузки и не равна синхронной частоте, двигатель называется асинхронным.
В режиме двигателя скольжения s изменяется от 0 до 1. При пуске двигателя n₂=0 и s=1. При номинальной нагрузке для современных двигателей S=0.06-0.06=3-6%. В паспорте двигателя указывают номинальную частоту вращения ротора, отличающуюся от синхронной на 3-6%. При этом данным всегда легко определить число пар полюсов двигателя. Например, если n₂=1450 об/мин, то n₁=1500 об/мин, S=3,3%, а ρ=2.
Как и в трансформаторе, ЭДС обмотки статора асинхронного двигателя является противодействующей по отношению к напряжению сети .
Поскольку частота индуцируемой ЭДС пропорциональна частоте пересечения проводника магнитным потоком (в двигателе это n₁), частота ЭДС статора f₁=ρn₁/60= 60ρ f /(60 ρ)=f, т.е. равна частоте напряжения сети.
В проводниках обмотки ротора индуцируется синусоидальная ЭДС, имеющая частоту f₂. Так как проводники обмотки ротора вращаются с частотой n_{2 1} , то они пересекаются магнитным потоком с частотой n_s=n₁-n₂=sn₁. Поэтому частота ЭДС ротора, число полюсов которого всегда равно числу полюсов статора,
f₂=ρn_s/60= sρ n₁/60=sf (10.4).
Таким образом, частота ЭДС ротора составляет S % от частоты напряжения сети и равна ей только при пуске, когда n₂=0 и S=1. В остальных режимах f₂. При номинальной частоте вращения при S=0.04 f₂=0.04×50=2Гц. При меньших скольжениях частота еще меньше.