5.2.2. Умовне позначення асинхронного двигуна на електричних схемах

На рис. 5.19 наведені графічні позначення асинхронних машин: рис. 10.4, а – зображення короткозамкненого асинхронного двигуна; рис. 5.19,б – позначення асинхронного двигуна з фазним ротором. В обох випадках обмотка статора з’єднана в трикутник.

5.2.3. Принцип дії асинхронного двигуна

Робота двигуна заснована на використанні обертового магнітного поля, яке утворюється в статорі після підключення його обмоток в трифазну мережу. Обертове магнітне поле статора, перетинаючи провідники обмотки ротора, індукує в них ЕРС Е₂, яка створює в короткозамкненій алюмінієвій обмотці струм ротора І₂. Взаємодія цього струму з обертовим магнітним полем приводить до появи пари сил Ампера, а отже, і до виникнення обертового моменту, що приводить ротор до обертання з частотою n₂ в напрямку обертання магнітного поля.

Таким чином, електрична енергія, що надходить до обмотки статора з мережі, перетворюється за допомогою обертового магнітного поля (магнітне поле – є посередником в цьому процесі) в механічну енергію.

При зростанні частоти обертання ротора різниця швидкостей магнітного поля n₂ і ротора n₁ зменшується, ротор ніби намагається наздогнати обертове поле. Однак “наздогнати” обертове поле ротор не зможе, тому що тоді зникне відносний обертовий рух поля і ротора (тобто магнітне поле буде нерухомим відносно ротора), і в обмотці ротора не буде індукуватися ЕРС Е₂, а отже, і струм І₂. Тому обертовий момент не буде виникати. Щоб двигун працював, частота обертання ротора повинна бути меншою за частоту обертання магнітного поля. Ступінь відставання ротора відносно обертового магнітного поля характеризується ковзанням S:

або .

Ковзання S чисельно дорівнює різниці частот обертання магнітного поля і ротора, віднесеній до частоти обертання поля.

Частота обертання магнітного поля статора: n₁ = f₁ / р ,

де р - кількість пар полюсів (якщо обмоток 3, то р=1 – тобто одна пара полюсів N-S; якщо обмоток 6, то р=2 – тобто дві пари полюсів N-S ), f₁ - частота струму в мережі .

Машини, в яких частота обертання ротора n₂ відмінна від частоти обертання поля n₁, називаються асинхронними.

5.2.4. Пуск трифазного асинхронного двигуна

Струм, який споживається з мережі в початковий момент пуску, називається пусковим струмом , а струм, що споживається при номінальному навантаженні – номінальним струмом І_н.

Асинхронні двигуни мають не дуже добрі пускові характеристики. В момент запуску двигуна по обмоткам статора і ротора течуть великі струми, так як ротор нерухомий і обертове магнітне поле перетинає витки ротора 3000 раз за хвилину (при частоті струму в статорній обмотці 50Гц), внаслідок чого виникає велика за значенням ЕРС Е_2п в обмотках ротора , а отже, і великий струм ротора І_2п , що в свою чергу приводить до збільшення пускового струму І_1п у статорній обмотці .

По мірі розкручування ротора різниця швидкостей обертання зменшується, так як по мірі розкручування n₂ збільшується, магнітне поле буде пересікати ротор вже з меншою швидкістю (n₁ – n₂), а ЕРС і струм ротора зменшуються, а тому зменшується і струм статора.

П усковий струм складає І_п = (5 ÷ 10 ) І _н від номінального (рис. 5.20). Тобто, при пуску двигун одержує суттєве перевантаження. Якщо І_п не обмежити, то двигун нагрівається. По мірі роботи температура двигуна

зрівноважується. Однак при частому вмиканні температура не встигає знизитися, двигун перегрівається і виходить з ладу. Тому при розробці технологічних процесів необхідно враховувати припустиму кількість пусків двигуна за одиницю часу.

Найчастіше АД з короткозамкненим ротором невеликих потужностей. запускаються прямим вмиканням обмотки статора до мережі за допомогою електромагнітного вмикача.

При запуску двигунів великої потужності надмірні пускові струми приводять до значного пониження напруги в мережі, що негативно впливає на освітлювальні лампи і на роботу інших асинхронних машин. Тому не бажаним є одночасний пуск великої кількості двигунів. Це треба враховувати при розробці графіку запуску виробництва.

Для ТАД великих потужностей зменшення пускового струму І_п досягають наступними способами:

1). В статорну обмотку вводять пускові резистори (рис. 5.21). В момент пуску ключі розімкнені, струм тече через резистори; коли струм зменшиться, резистори відключають.

З амість резисторів іноді використовують пускові індуктивності або RL – ланцюжки.

2). Для зменшення пускового струму в 3 рази статорні обмотки двигуна, які при нормальній роботі повинні бути сполучені трикутником, на час пуску перемикають з трикутника на зірку. Після розгону двигуна рубильником обмотки статора знов перемикають на трикутник.

Недоліком цього способу є те, що пусковий момент при цьому теж зменшується в три рази. Цей спосіб можна застосовувати тільки тоді, коли двигун запускається в неробочому режимі або коли момент 3).Запуск за допомогою автотрансформатора. Щоб зменшити підведену напругу U₁ на час пуску двигуна з метою пониження пускового струму обмотку статора живлять через автотрансформатор.

Недоліком пуску АД при пониженій напрузі є значне зменшення пускового й максимального моментів двигуна, які пропорційні квадрату пониженої напруги, тому такий метод можна використовувати тільки при пуску двигунів без навантаження.

4). Використовують короткозамкнений ротор у вигляді подвійної білячої клітки. Ротор має дві короткозамкнені обмотки: зовнішню і внутрішню. Зовнішня клітка є пусковою; вона виконана із стержнів малого поперечного перерізу і тому має підвищений резистивний опір. Внутрішня клітка є основною робочою обмоткою двигуна; вона виконана із стержнів більшого поперечного перерізу і має малий резистивний опір. В електричному відношенні обидві клітки увімкнені паралельно, тому струм ротора розподіляється між ними зворотно пропорційно їх опорам.

При запуску найбільша частина струму проходить по пусковій обмотці, а з розгоном двигуна струм поступово переходить із пускової клітки в робочу.