Краткие теоретические сведения. Трёхфазный электродвигатель широко используется в современном промышленном и транспортном производстве

Трёхфазный электродвигатель широко используется в современном промышленном и транспортном производстве.

Конструктивно электродвигатель состоит из неподвижной части – статора и вращающейся – ротора. Статор и ротор набираются из штампованных листов электротехнической стали, изолированных друг от друга специальным лаком с целью уменьшения вихревых токов. В пазы сердечника статора укладывается трёхфазная обмотка. Фазы этой обмотки могут соединяться между собой «звездой» или «треугольником». Схема соединения зависит от того, на какое номинальное напряжение рассчитана обмотка электродвигателя и какое напряжение имеет питающая сеть. Если номинальное напряжение обмотки электродвигателя 220В, а линейное напряжение сети 380В, то обмотку статора нужно соединять «звездой». При линейном напряжении в сети 220В обмотка статора соединяется «треугольником».

В пазах ротора заложена короткозамкнутая обмотка, имеющая вид «беличьего колеса».

Принцип работы асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором состоит в том, что при подключении фазных статорных обмоток к сети по обмоткам будут протекать токи, сдвинутые между собой на угол в 120⁰. Возникающие при этом магнитные поля фазных обмоток статора будут, как и токи, изменяться со сдвигом по фазе друг относительно друга на угол в 120⁰.

В магнитной системе статора три магнитных потока его фазных обмоток складываются, образуя общее магнитное поле статора. Характерной особенностью этого магнитного поля является то, что оно непрерывно изменяет положение своих полюсов в пространстве относительно продольной оси статора. Такое магнитное поле называется вращающимся. Причём, частота вращения этого поля n₁ зависит от частоты питающего тока и от числа пар полюсов, n₁= 60f/P, м ^-1,

где f – частота питающей сети, Гц;

Р – число пар полюсов магнитного поля статора.

Пересечение вращающегося магнитного поля с обмотками статора и ротора индуктирует в них электродвижущую силу. В короткозамкнутой обмотке ротора, наведённая вращающимся магнитным полем ЭДС, вызывает появление токов. Как известно из закона электромагнитной силы, проводник с током выталкивается из магнитного поля. Направление выталкивающей силы может быть определено по правилу левой руки. Возникающая при этом сила создаёт вращающий момент, приводящий во вращение ротор. Направление вращения ротора совпадает с направлением вращения магнитного поля. Частота вращения ротора n₂ обязательно должна отличаться от частоты вращения поля статора n₁, только при этом условии будет наводиться ЭДС (отсюда название двигателя «асинхронный»).

Относительная разность частот n₁ и n₂ называется скольжением S.

S = (n₁ – n₂)/n₁.

С ростом нагрузки на валу электродвигателя частота вращения уменьшается, а скольжение S увеличивается, также очевидно, что частота вращения электродвигателя зависит от f и P.

n₂ = n₁(1 – S) = 60f/P(1 – S).

Наиболее полно свойства двигателя в рабочем режиме отражаются рабочими характеристиками, которые представляют зависимость потребляемой мощности Р₁, потребляемого тока I₁, коэффициента мощности cos j, КПД - h, вращающего момента М, частоты вращения n₂, скольжения S, полезной мощности Р₂ на валу электродвигателя при номинальном питающем напряжении U_1Н и постоянной частоте f.

 

Полезная мощность на валу Р₂ оценивается выражением:

Р₂ = М × w₂,

где w₂ = 2p× n₂/60 – угловая скорость, с^-1;

М – вращающий момент двигателя, Нм.

Потребляемая электродвигателем мощность Р_1:

Р₁ = √ 3I₁ U I cosj₁ или Р₁ = 3Р_ф.

Коэффициент полезного действия двигателя h:

h = Р₂/Р₁.

Коэффициент мощности электродвигателя cosj:

Cos j = Р₁/√ 3U₁I₁.