Асинхронный электродвигатель — электродвигатель переменного тока, в котором частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением. Эти двигатели наиболее распространены в настоящее время.
По количеству фаз двигатели переменного тока подразделяются на:
однофазные — запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазосдвигающую цепь;
двухфазные — в том числе конденсаторные;
трёхфазные;
многофазные;
Круговым вращающимся магнитным полем называется поле, вектор магнитной индукции которого, не изменяясь по модулю, вращается в пространстве с постоянной угловой частотой.
Для создания кругового вращающегося поля необходимо выполнение двух условий:
Оси катушек должны быть сдвинуты в пространстве друг относительно друга на определенный угол (для двухфазной системы – на 900, для трехфазной – на 1200).
Токи, питающие катушки, должны быть сдвинуты по фазе соответственно пространственному смещению катушек.
Рассмотрим получение кругового вращающегося магнитного поля в случае двухфазной системы Тесла (рис. 2,а).
При пропускании через катушки гармонических токов каждая из них в соответствии с вышесказанным будет создавать пульсирующее магнитное поле. Векторы 
и 
, характеризующие эти поля, направлены вдоль осей соответствующих катушек, а их амплитуды изменяются также по гармоническому закону. Если ток в катушке В отстает от тока в катушке А на 900 (см. рис. 2,б), то 
Найдем проекции результирующего вектора магнитной индукции 
на оси x и y декартовой системы координат, связанной с осями катушек:
Модуль результирующего вектора магнитной индукции в соответствии с рис. 2,в равен
|
| (1) |
при этом для тангенса угла a , образованного этим вектором с осью абсцисс, можно записать
откуда
|
| (2) |
Полученные соотношения (1) и (2) показывают, что вектор результирующего магнитного поля неизменен по модулю и вращается в пространстве с постоянной угловой частотой 
, описывая окружность, что соответствует круговому вращающемуся полю.
Полная схема замещения асинхронного двигателя при вращающемся роторе отличается от схемы замещения асинхронного двигателя с заторможенным ротором только наличием в цепи ротора активного сопротивления, зависящего от нагрузки (рис. 1, а). Эту схему замещения называют Т-образной. Следовательно, и в этом случае удается свести теорию асинхронной машины к теории трансформатора. Векторная диаграмма для Т-образной схемы замещения приведена здесь.
Рис. 1
Сопротивления намагничивающего контура значительно меньше соответствующих значений для схемы замещения трансформатора, так как ток холостого хода асинхронного двигателя гораздо больше, чем у трансформатора. Если при рассмотрении работы трансформатора часто можно пренебречь намагничивающим контуром, то при рассмотрении работы асинхронного двигателя этого сделать нельзя, так как ошибка может получиться значительной.
Сопротивление r2‘(1 – S)/S можно рассматривать как внешнее сопротивление, включенное в обмотку ротора. Оно является единственным переменным параметром схемы. Изменение этого сопротивления эквивалентно изменению нагрузки на валу двигателя, а следовательно, изменению скольжения S.
studfiles.net
Можно упростить вычисления, преобразовав Т-образную схему замещения в Г-образную, как это показано на рисунке 2, позиции а. Для Г-образной схемы замещения имеем:
.
Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.
Рис. 2.
При анализе электромагнитных процессов в машинах общего применения часто полагают С1≈1, что существенно облегчает расчеты и мало влияет на точность полученных результатов. Г-образную схему замещения при С1 = 1 называют упрощенной схемой замещения с вынесенным намагничивающим контуром.
Потери асинхронного двигателя и КПД асинхронного двигателя.
Работа асинхронного двигателя, как и любой другой машины, сопровождается потерями. Потери в конечном итоге, приводят к нагреву двигателя и снижению его КПД.
КПД асинхронного двигателя, представляет собой отношение полезной мощности на выходе P2 к подводимой двигателю мощности P1, выраженная в процентах.
.
Мощность, подводимая к двигателю:
где m – количество фаз, U1 – напряжение на статорной обмотке, I1 – ток в статорной обмотке, cosφ1 – коэффициент мощности двигателя.
Полезная мощность на выходе P2, меньше подводимой мощности P1 на величину суммарных потерь ∑P
Потери ∑P складываются из магнитных, электрических и механических потерь.
В первую очередь часть подводимой мощности P1 расходуется на покрытие магнитных Pм1 и электрических Pэ1 потерь в статоре.
Электрические потери в статоре.
Где r1 активное сопротивление обмотки статора.
Магнитные потери в статоре приблизительно определяются как
где f1 – частота тока перемагничивания, которая равна частоте тока в сети. V = 1.3-1.5. Магнитные потери в роторе малы настолько, что ими при практических расчетах пренебрегают. Это связано с малой частотой перемагничивания ротора.
Мощность, оставшаяся после восполнения потерь в статоре, называется электромагнитной и равна
Электромагнитная мощность передается ротору с помощью магнитного поля, через воздушный зазор δ. Часть электромагнитной мощности затрачивается на электрические потери в роторе, которые пропорциональны скольжению
Отсюда можно получить выражение для скольжения
Не трудно заметить, что с увеличением скольжения электрические потери в роторе также увеличиваются, а это в свою очередь вызывает уменьшение КПД.
В асинхронных двигателях с фазным ротором, присутствуют потери в щеточном узле, которые обычно добавляют к электрическим потерям в роторе
Где I2 – ток ротора, Uщ – падение напряжения на пару щеток
Оставшаяся мощность называется механической
megaobuchalka.ru
Если в Т-образной схеме (рис. 8.5) произведем замену сопротивлений ветвей на их комплексные выражения
; 
; 
, (8.24)
то получим Т-образную схему замещения в виде, приведенном на рис. 8.6.
Рис. 8.6. Г-образная схема замещения
асинхронного двигателя
Г-образная схема замещения асинхронного двигателя является довольно сложной, так как имеет последовательно-параллельное соединение ветвей. При изменении переменного параметра – скольжения S изменяются, как токи в главных ветвях 
и 
, но и ток в ветви намагничивания 
. Его колебания незначительны. Допуская, что ток не зависит от нагрузки, делается переход к Г-образной схеме замещения (рис. 8.7). В этой схеме в отличие от Т-образной схемы ветвь намагничивания вынесена на внешние зажимы с напряжением 
. Активное сопротивление 
.
Рис. 8.7. Г-образная схема замещения асинхронного двигателя
Для перехода от Т-образной схемы замещения к Г-образной надо ввести такой коэффициент, чтобы сопротивление 
стало равным нулю. Такой коэффициент 
, имеет вид:
, (8.25)
Его называют коэффициентом рассеяния статорной обмотки.
В машинах средней и большой мощности 
), поэтому им часто пренебрегают [3], 
и является вещественным числом. Новое значение тока определяется как 
. С учетом (8.24) эту схему можно преобразовать в более расширенную.
Энергетические соотношения в асинхронном двигателе, КПД.
Асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность:
P1 = m1*U1*I1*cosϕ1
Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь (потери обозначаются строчным буквами!):
Так же в виде магнитных потерь потерь:
Оставшаяся часть мощности представляет собой электромагнитную мощность 
, передаваемую со статора на ротор
.
Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь, но уже в обмотке ротора:
Учитывая, что электрическая мощность в сопротивлении 
:
За исключение электрических потерь в обмотке ротора, электромагнитная мощность переходит в механическую
Кроме электрических и магнитных потерь, возникают также механические потери мощности 
; они обусловлены потерями на трение в подшипниках, а в асинхронном двигателе добавляются трение щеток о кольца.
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя:
Сумма всех потерь:
Ƞ=P2/P1 = (P1-∑P) / P1 = 1- (∑P / P1)
Если выразить электромагнитную мощность и механическую мощность
Скольжение примерно от 2 до 5% и потерии так же минимальные.
infopedia.su
, 
.
