Принцип роботи трифазного двигуна

Електродвигуном називається таке електромеханічний пристрій, що перетворює електричну енергію в механічну енергію. При використанні трифазної системи змінного струму, найбільш широко використовується трифазний асинхронний двигун, так як цей тип двигуна не вимагає в більшості випадків пускового пристрою. Більшість трифазних асинхронних двигунів запускається в роботу за допомогою прямого пуску з використанням комутаційних апаратів.

Для кращого розуміння принципу роботи трифазного асинхронного двигуна, необхідно знати його основні конструкційні особливості.

Цей двигун складається з двох основних частин, нерухомої частини – статора, і обертається – ротора.

Трифазний асинхронний двигун з короткозамкненим ротором

Статор трифазного асинхронного двигуна має слоти (пази), в яких розміщуються обмотки на кожну фазу. Трифазна обмотка розташована таким чином, щоб бути здатною створити обертове магнітне поле при протіканні по обмоткам змінного струму (AC) від трьох джерел живлення.

Ротор трифазного асинхронного двигуна складається з циліндричного ламінованого сердечника має паралельні пази на периферії. У цих пазах розташовані провідники, які замкнуті на кінцевих кільцях з торців ротора. Ці провідники у вигляді стрижнів утворюють короткозамкненим обмотку ротора типу «біляча клітина».

Провідники на роторі виконані зазвичай з алюмінію, а також можуть бути зроблені з міді або латуні. Пази для провідників трохи повернені на поверхні ротора, тому вони розташовані під деяким кутом до валу ротора. Таке розташування дозволяє зменшити магнітне зчеплення в момент пуску двигуна, а також зробити роботу двигуна плавної, без ривків і пробуксовки.

Як працює трифазний асинхронний двигун?

Перш за все, для роботи трифазного асинхронного двигуна, необхідно створити обертове магнітне поле.

Створення обертового магнітного поля

Обмотки, які розташовані на статорі, рівномірно зміщені на 120 градусів відносно один одного. Обмотка кожної фази зміщена щодо двох інших на кут 120 градусів, тобто по обидві сторони через 120 градусів розташовані сусідні фази. Статор являє собою порожнистий циліндр, який в перерізі являє собою кільце. Усередині такого циліндра розташований ротор. Три джерела струму, відрізняться один від одного фазовим зрушенням. Цей зсув також становить 120 градусів. У підсумку, при проходженні трифазного змінного струму в обмотках статора, всередині статора утворюється обертове магнітне поле.

У чому секрет створення обертання магнітного поля? Так як струм змінний, то створюється кожною фазою магнітне поле буде також змінним. Магнітний потік, який породжується проходженням струму в кожній обмотці, буде змінюватися в часі точно також як породив його струм. У той час коли один магнітний потік від першої фази буде зростати за величиною, магнітний потік від другої фази досягне свого максимального значення і почне спадати по величині, магнітний потік від третьої фази буде все більш зменшуватися, поки не досягне свого мінімального значення.

Генерація магнітного поля

Магнітний потік змінного синусоїдального струму будь-якої з фаз змінюється за величиною і напрямком, тим самим чергуючись і пульсуючи. Там де раніше був північний магнітний полюс, стає південний, а там де був південний полюс, там на його місці утворюється північний полюс. Магнітне поле як би пульсує, але не обертається. Якщо просторово рівномірно по окружності розташувати три котушки (соленоїди) так, щоб їх сердечники були спрямовані до центру кола, а потім з’єднати в один загальний магнітопровід зовнішні кінці соленоїдів (котушок), то ми отримаємо прототип статора трифазного асинхронного двигуна. Підключивши кожну котушку до джерела змінного струму, а саме до трьох різних фаз, які зрушені відносно один одного на 120 градусів, ми отримаємо не пульсуюче, а обертове магнітне поле.

З тієї причини, що муздрамтеатр буде загальним, пульсуючі магнітні потоки від кожної котушки будуть складатися з урахуванням напрямку і величини, тим самим утворюючи обертовий вектор магнітного потоку. Це дивно, тому як статор нерухомий, але є магніт, поле такого магніту обертається, але статор залишається нерухомий !!!

Як же перетворюється в подальшому електрична енергія в механічну енергію? Якщо в статор, по обмотках якого протікає трифазний струм і, відповідно, всередині нього зосереджено обертове магнітне поле, внести металевий предмет, то на нього буде діяти механічна сила, яка буде намагатися цей предмет викинути з поля статора.

Як таке відбувається? Магнітний потік статора індукує в короткозамкненим роторі асинхронного двигуна ЕРС, так як ланцюг ротора замкнута, то по ній буде протікати електричний струм, який створить другий магнітний потік – потік ротора. Взаємодія двох зустрічних потоків ротора і статора створить крутний момент на роторі, і він почне обертатися. Відповідно до закону Ленца, ротор буде обертатися в тому напрямку, який дозволяє зменшити магнітний потік статора.

Слід зауважити, що принцип роботи асинхронного двигуна не допускає синхронної швидкості ротора з магнітним полем статора. В цьому випадку зникне ЕРС індукції в роторі, і ротор почне зупинятися. Синхронізація не досяжна для асинхронного електродвигуна, швидкість ротора в руховому режимі може бути менше швидкості обертання магнітного поля.

Якщо ротора надати додатковий крутний момент від зовнішнього механічного джерела, так, щоб його швидкість стала більше ніж швидкість обертового магнітного поля статора, тоді електрична машина перейде в генераторний режим роботи, при якому відбувається перетворення механічної енергії в електричну енергію.

Різниця швидкостей між статором і ротором дозволяє говорити про таке явище як ковзання ротора в магнітному полі статора. Необхідно пам’ятати, що асинхронна електрична машина змінного струму – це оборотна машина, яка може працювати як в генераторному, так і руховому режимах.

Короткі практичні висновки по трифазного асинхронного двигуна

  • Не має потреби в контактних кільцях на роторі і в Щіткова механізмі.
  • Асинхронний трифазний двигун є самозапускающійся, так як створюється обертове магнітне поле, а не пульсуюче.
  • Відсутність щіткового механізму і щіток виключає іскріння контактів в роботі двигуна.
  • Довговічність конструкції при правильній експлуатації і обслуговуванні.
  • Економічність, висока ефективність (ККД).
  • Простота в обслуговуванні.
...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Залізонікелеві сплави