Принцип действия асинхронного двигателя
Электромагнитная схема асинхронной машины отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размешена на неподвижном статоре, а вторичная - на вращающемся роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор. При питании трехфазным током обмотки статора создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная) . Если ротор неподвижен или вращается с частотой, меньшей
, то вращающееся поле индуктирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент.
Относительную разность частот вращения магнитного поля статорной обмотки и ротора называют скольжением:
.
Скольжение часто выражают в процентах:
.
Очевидно, что при двигательном режиме:
.
Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и активной составляющей тока ротора, т.е. асинхронная машина перейдет в генераторный режим При этом изменит свое направление и магнитный момент
, который станет тормозящим. В данном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть. В генераторном режиме
.
Если изменить направление вращения ротора (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противоположных направлениях, то ЭДС и активная составляющая тока в проводниках ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина будет получать из сети активную мощность. Однако в таком режиме электромагнитный момент направлен против вращения ротора, т.е. является тормозящим. Этот режим работы асинхронной машины называют электромагнитным торможением. В режиме электромагнитного торможения направление вращения ротора является отрицательным (по отношению к направлению магнитного поля, поэтому
, а
.
На практике чаще всего встречается двигательный режим асинхронной машины.
.
Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности:
,
где:
.
– угловая синхронная скорость вращения.
Подставив в значение электромагнитной мощности по, получим
,
т. е. электромагнитный момент асинхронного двигателя пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.
Упрощенно механическую характеристику можно рассчитать по уравнению Клосса: