Асинхронный двигатель: почему так называется?

Асинхронный двигатель⁚ почему так называется?​

Название «асинхронный» этот тип двигателя получил из-за ключевой особенности своей работы⁚ скорость вращения ротора (подвижной части) никогда не совпадает со скоростью вращения магнитного поля, создаваемого статором (неподвижной частью).​

Принцип работы и возникновение названия

В основе работы асинхронного двигателя лежит явление электромагнитной индукции. Статор двигателя, как правило, представляет собой систему трехфазных обмоток, по которым протекает переменный ток. Этот ток создает вращающееся магнитное поле.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники ротора, индуцируя в них электродвижущую силу (ЭДС), как и описано в законе Фарадея. Поскольку ротор замкнут (короткозамкнутый или фазный), индуцированная ЭДС создает в нем ток.​

Взаимодействие тока в роторе с вращающимся магнитным полем статора создает электромагнитный момент, который стремится повернуть ротор вслед за полем статора.​

Однако, и здесь кроется суть названия «асинхронный», скорость вращения ротора никогда не достигает скорости вращения магнитного поля статора.​ Если бы эти скорости совпали, то магнитное поле статора было бы неподвижно относительно проводников ротора, в них не индуцировалась бы ЭДС, не возникал бы ток, и, следовательно, не было бы вращающего момента.​

Различие между скоростью вращения магнитного поля статора и скоростью вращения ротора называется скольжением.​ Скольжение является необходимым условием работы асинхронного двигателя.​ Именно благодаря скольжению в роторе индуцируются токи, создающие вращающий момент.​

Таким образом, название «асинхронный» этот тип двигателя получил из-за несинхронности, то есть несовпадения, скоростей вращения магнитного поля статора и ротора.​ Эта несинхронность, выражающаяся в наличии скольжения, является основополагающим принципом работы асинхронного двигателя.​

Взаимодействие магнитных полей статора и ротора

Ключевым аспектом работы асинхронного двигателя является взаимодействие двух магнитных полей⁚ вращающегося магнитного поля статора и магнитного поля, индуцированного в роторе.​

Вращающееся магнитное поле статора создается системой трехфазных обмоток, расположенных на статоре под углом 120 градусов друг к другу. Когда по этим обмоткам протекает трехфазный переменный ток٫ возникает вращающееся магнитное поле.​ Скорость вращения этого поля٫ называемая синхронной скоростью٫ определяется частотой питающей сети и числом пар полюсов обмотки статора.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора, индуцируя в них ЭДС. В короткозамкнутом роторе, представляющем собой систему замкнутых проводников, индуцированные токи протекают по этим проводникам, создавая собственное магнитное поле ротора.​

Магнитное поле ротора стремится совместиться с вращающимся магнитным полем статора, что и создает вращающий момент.​ Именно взаимодействие этих двух полей приводит в движение ротор.​

Важно отметить, что магнитное поле ротора всегда отстает от вращающегося магнитного поля статора.​ Это отставание, как уже говорилось ранее, называется скольжением.​ Если бы скольжения не было, то есть если бы поле ротора вращалось синхронно с полем статора, то не было бы пересечения магнитных линий, не возникала бы ЭДС в роторе, и, следовательно, не было бы вращающего момента.​

Скольжение⁚ ключевой фактор асинхронности

Центральным понятием в понимании работы асинхронного двигателя и, собственно, происхождения его названия является скольжение. Скольжением называется относительная разность между скоростью вращения магнитного поля статора (синхронной скоростью) и скоростью вращения ротора.​

Скольжение обозначается буквой «s» и выражается в относительных единицах или процентах.​ Оно определяется по формуле⁚

s = (n₁ ⏤ n₂) / n₁,

где⁚

• s – скольжение;
• n₁ – синхронная скорость (скорость вращения магнитного поля статора);
• n₂ – скорость вращения ротора.​

Скольжение является неотъемлемым атрибутом работы асинхронного двигателя.​ Именно благодаря наличию скольжения в роторе индуцируется ЭДС, создающая ток, который, в свою очередь, взаимодействуя с магнитным полем статора, создает вращающий момент.​

Если бы скольжение отсутствовало, то есть ротор вращался бы с синхронной скоростью, магнитное поле статора было бы неподвижным относительно проводников ротора. В этом случае ЭДС в роторе не индуцировалась бы, ток бы отсутствовал, и, как следствие, не возникал бы вращающий момент.​

Величина скольжения зависит от нагрузки на валу двигателя.​ При увеличении нагрузки скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение возрастает.​ Наоборот, при уменьшении нагрузки скольжение уменьшается, а скорость вращения ротора приближается к синхронной.​

Типы асинхронных двигателей⁚ короткозамкнутый и фазный ротор

Асинхронные двигатели классифицируются на два основных типа в зависимости от конструкции ротора⁚ двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором.​

Двигатели с короткозамкнутым ротором являются наиболее распространенным типом асинхронных двигателей.​ Их ротор представляет собой цилиндрическое сердечник, набранный из листов электротехнической стали, в пазы которого залиты алюминиевые или медные стержни.​ Концы стержней замкнуты накоротко кольцами, образуя, таким образом, «беличью клетку».​

Двигатели с короткозамкнутым ротором просты по конструкции, надежны в эксплуатации и имеют относительно низкую стоимость. Однако, они обладают рядом недостатков, таких как низкий пусковой момент и большой пусковой ток.​

Двигатели с фазным ротором имеют более сложную конструкцию.​ Их ротор имеет трехфазную обмотку, аналогичную обмотке статора.​ Концы обмотки ротора выведены на контактные кольца, установленные на валу двигателя. К контактным кольцам подключены пусковые резисторы, которые позволяют регулировать пусковой ток и пусковой момент двигателя.

Двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми характеристиками по сравнению с двигателями с короткозамкнутым ротором.​ Они обеспечивают плавный пуск с высокой перегрузочной способностью. Однако, двигатели с фазным ротором имеют более высокую стоимость, сложнее в обслуживании и имеют более низкий КПД из-за потерь в контактных кольцах и щеточном механизме.​