Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей

Принцип действия асинхронного и синхронного двигателей:

Простейшим по устройству и наиболее распространенным в промышленности типом двигателя переменного тока является трехфазный асинхронный двигатель, изобретенный в 1888 г. М. О. Доливо-Добровольским. Его ротор выполняется в виде стального цилиндра, собранного из стальных листов, с обмоткой, размещенной в пазах по его поверхности. Вращающееся магнитное поле, созданное обмотками статора, наводит в замкнутой обмотке ротора токи. Механическое взаимодействие этих токов с вращающимся полем приводит ротор во вращение в том же направлении, в котором вращается поле.

Ротор вращается асинхронно, т. е. частота вращения его (n, об/мин) меньше частоты вращения магнитного поля

Разность частот вращения поля и ротора, отнесенная к скорости поля, называется скольжением:

Скольжение не может быть равно нулю, так как при одинаковых частотах вращения поля и ротора прекратилось бы наведение токов в роторе и, следовательно, отсутствовал бы вращающий момент.

В рабочем режиме асинхронный двигатель находится в динамическом равновесии, когда создаваемый благодаря скольжению вращающий момент уравновешивает тормозящий момент нагрузки на его валу. С увеличением механической нагрузки тормозящий момент становится больше вращающегося и скольжение увеличивается. Вследствие этого возрастают индуктированные в обмотке ротора э. д. с. и токи, что вызывает увеличение вращающего момента до нового состояния динамического равновесия (при большем скольжении).

Однако вращающий момент может расти с увеличением скольжения только до определенного предела, так называемого критического значения при критическом скольжении, после чего он падает, а двигатель затормаживается.

При нормальной нагрузке скольжение асинхронных двигателей в среднем составляет 2—4%.

Трехфазный генератор (см. рис. 12-3), как И' многие другие типы электрических машин, обладает свойством обратимости: он может работать как синхронный двигатель. Поэтому конструктивно синхронный двигатель мало отличается от генератора.

Если присоединить обмотку статора к источнику (сети) трехфазного тока, а обмотку ротора (обмотку возбуждения) — к источнику постоянного тока, то вращающееся магнитное поле статора будет периодически создавать на валу моменты разных знаков. Поэтому ротор не сможет прийти во вращение — он будет вибрировать.

Для пуска двигателя необходимо сначала (при разомкнутой обмотке возбуждения) привести ротор во вращение до частоты вращения, близкой к синхронной. Если после этого включить обмотку возбуждения, то двигатель «втянется в синхронизм». Ротор будет вращаться синхронно с полем статора.

Для пуска синхронного двигателя может быть использована специальная пусковая обмотка ротора, действующая так же, как в асинхронном двигателе.

При строго синхронном вращении ротора имеется угловой сдвиг между осями полей статора и ротора, зависящий от нагрузки (от момента сопротивления на валу). С увеличением нагрузки этот угол увеличивается, благодаря чему момент вращения также увеличивается. Максимальный вращающий момент получается при угле между э. д. с. двигателя и напряжением сети около 90°, после чего дальнейшее увеличение нагрузки приводит к остановке двигателя и «выпадению» его из синхронизма.

Если изменять постоянный ток в цепи возбуждения ротора, то можно в широких пределах регулировать cos <р двигателя. Так, при «недовозбуждении» двигателя угол ф положителен, т. е. ток отстает от напряжения, а при «перевозбуждении» угол ф отрицателен — ток опережает напряжение. Это свойство синхронных двигателей весьма ценно и широко используется в промышленности для повышения cos ф электроустановок.

Синхронные двигатели выполняются обычно для номинальных режимов работы при (опережающем).

Более подробное изучение конструкций, электрических процессов и режимов работы асинхронных и синхронных двигателей относится к курсу электрических машин.