Электро двигатель

Эл двигатели —  это электрические машины, в которых  электрическая энергия преобразуется  в механическую. 
Асинхронные двигатели это эл двигатели переменного тока, в которых частота вращения ротора отличается от частоты вращающего магнитного поля, создаваемого питающим напряжением.  
Однофазные эл двигатели запускаются вручную, или имеют пусковую обмотку, или имеют фазозадвигающую цепь. 
Трёхфазные электродвигатели, которые конструктивно предназначены для питания от трехфазной сети переменного тока, представляют собой машину переменного тока, состоящую из статора с тремя обмотками, магнитные поля которых сдвинуты в пространстве на 120° и образуют вращающееся магнитное поле в магнитной цепи машины, и из ротора с короткозамкнутой обмоткой. 
 
Структура условного обозначения эл двигателей:  
АИХХХХХХХХХХХ 
А - асинхронные эл двигатели; 
И - унифицированная серия (И - Интерэлектро);  
Х - привязка мощностей к установочным размерам (Р по ГОСТ, С - по CENELEK);  
Х - Р - с повышенным пусковым моментом, С - с повышенным скольжением;  
ХХХ - габарит, мм;  
Х - установочный размер по длине станины (S, M, L);  
Х - длина сердечника статора (А или В, отсутствие буквы означает только одну длину сердечника статора - первую);  
Х - число полюсов: 2, 4, 6, 8;  
Х - дополнительные буквы для модификаций двигателя (Б - со встроенной температурной защитой; П - с повышенной точностью по установочным размерам; Х2 - химически стойкие; С - сельскохозяйственные);  
ХХ - климатическое исполнение (У, Т, ХЛ) и категория размещения (1, 2, 3, 4, 5) 

На  основании математического анализа и экспериментального исследования можно построить график зависимости вращающего момента асинхронного двигателя М от скольжения S (рис. 256). Так как каждому значению S соответствует определенное значение n = n₀ (1 — S), то указанный график можно представить и как зависимость вращающего момента от скорости n.  Зависимость между вращающим моментом М и скольжением S называется механической характеристикой двигателя   (рис. 256)

На  кривой А видно, что в начальный момент пуска, когда S= 1 и n = 0, вращающий пусковой момент двигателя относительно невелик. Это объясняется тем, что в момент пуска частота тока в обмотке ротора наибольшая и индуктивное сопротивление обмотки велико. Вследствие этого соs ψ₂  имеет малое значение (около 0,1—0,2). Поэтому, несмотря на большую величину пускового тока, пусковой вращающий момент будет наибольшим. По мере разгона двигателя скольжение уменьшается.

При некотором скольжении S₁, называемом критическим, вращающий момент двигателя будет иметь максимальное значение. При дальнейшем уменьшении скольжения (или, иначе говоря, при дальнейшем увеличении скорости вращения двигателя) вращающий момент будет быстро уменьшаться и при скольжении S = 0 момент двигателя будет равен

нулю. Этот режим соответствует  идеальному холостому  ходу, когда двигатель  не нагружен, а механическими  потерями  (на трение)  можно  пренебречь. 

Пусковой  момент можно увеличить, если в момент пуска  уменьшить сдвиг фаз между током и э. д. с. ротора. Если увеличить активное сопротивление цепи ротора, то угол ψ₂ уменьшится, что приведет к тому, что соs ψ₂ и вращающий момент двигателя станут больше 

Этим  пользуются на практике для увеличения пускового вращающего момента двигателя. В момент пуска в цепь ротора вводят активное сопротивление (пусковой реостат), которое затем выводят по мере разгона двигателя.

Увеличение  пускового момента  приводит к тому, что максимальный вращающий момент двигателя получается при большем скольжении (точка S₂ кривой В на рис. 256). Путем увеличения активного сопротивления цепи ротора при пуске можно добиться того, что максимальный вращающий момент будет в момент пуска (S = 1 кривой С).

Вращающий   момент,   развиваемый   асинхронным   двигателем, как указывалось, зависит от величины магнитного потека Ф. При снижении приложенного напряжения U₁ уменьшается магнитный  поток Ф, а следовательно, и вращающий момент, развиваемый двигателем   при  данной   скорости   вращения.

Теория и практика показывают, что вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, поэтому даже небольшое уменьшение напряжения сети сопровождается резким уменьшением момента.

Кривая А называется естественной механической характеристикой, а кривые В и С — реостатным и механическими характеристиками асинхронного  двигателя.

Работе двигателя  с номинальной нагрузкой соответствует  точка N на кривой А.

При скольжении S_Н двигатель развивает номинальный момент Мн.

Ранее было указано, что путем увеличения активного сопротивления цепи роторной обмотки можно увеличить вращающий момент Двигателя. Можно было бы сделать роторную обмотку большего сопротивления, но это вызвало бы значительный нагрев обмотки и уменьшение к. п. д. двигателя. Для улучшения пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором применяют двигатели с двумя короткозамкнутыми обмотками на роторе и двигатели с глубоким пазом.

Двигатель с двумя клетками (короткозамкнутыми  обмотками) был предложен  Доливо-Добровольским. На роторе такого двигателя помещают две клетки (рис. 257): одну — пусковую, имеющую большое активное сопротивление и малое индуктивное сопротивление, и другую — рабочую, обладающую наоборот, малым активным сопротивлением и большим индуктивным сопротивлением. 

На величину вращающего момента асинхронного двигателя  большое влияние оказывает сдвиг  фаз между током I₂ и э. д. с. E_2S ротора.

Рассмотрим случай, когда индуктивность обмотки  ротора мала и поэтому сдвигом  фаз можно пренебречь (фиг. 223, а).

Вращающееся магнитное  поле статора здесь заменено полем  полюсов N и S, вращающихся, предположим, по направлению часовой стрелки. Пользуясь правилом правой руки, определяем направление э. д. с. и токов в обмотке ротора. Токи ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создают момент вращения. Направления сил, действующих на проводники с током, определяются по правилу левой руки. Как видно из чертежа, ротор под действием сил будет вращаться в ту же сторону, что и само вращающееся поле, т. е. по часовой стрелке. 
 
Рассмотрим второй случай, когда индуктивность обмотки ротора велика. В этом случае сдвиг фаз между током ротора I₂ и э. д. с. ротора Е_2S будет также большим. На фиг. 223, б магнитное поле статора асинхронного двигателя по-прежнему показано в виде вращающихся по направлению часовой стрелки полюсов N и S. Направление индуктированной в обмотке ротора э. д. с. остается таким же, как и на фиг. 223, а, но вследствие запаздывания тока по фазе ось магнитного поля ротора не будет уже совпадать с нейтральной линией поля статора, а сместится на некоторый угол против вращения магнитного поля. Это приведет к тому, что наряду с образованием вращающего момента, направленного в одну сторону, некоторые проводники создадут встречный вращающий момент. 
 
Отсюда видно, что общий вращающий момент двигателя при сдвиге фаз между током и э. д. с. ротора меньше, чем для случая, когда I₂ и Е_2S совпадают по фазе. Можно доказать, что вращающий момент асинхронного двигателя обусловливается только активной слагающей тока ротора, т. е. током I₂cos и что он может быть вычислен по формуле:

Ф_m—магнитный поток статора (а также приближенно равный результирующему магнитному потоку асинхронного двигателя);

— угол сдвига фаз между э. д. с. и  током фазы обмотки 
 
ротора; 
 
с — постоянный коэффициент.

После подстановки:

 
 
 
 
Из последнего выражения видно, что  вращающий момент асинхронного двигателя  зависит от скольжения. 
 
На фиг. 224 изображена кривая А зависимости вращающего момента двигателя от скольжения. Из кривой видно, что в момент пуска, когда s=l и n = 0, вращающий момент двигателя невелик. Это объясняется тем, что в момент пуска частота тока в обмотке ротора наибольшая и индуктивное сопротивление обмотки велико. Вследствие этого cos имеет малое значение (по-

рядка 0,1—0,2). Поэтому, несмотря на большую величину пускового  тока, пусковой вращающий момент будет  небольшим. 
 
При некотором скольжении S₁ вращающий момент двигателя будет иметь максимальное значение. При дальнейшем уменьшении скольжения или, иначе говоря, при даль, нейшем увеличении скорости вращения двигателя его момент будет быстро умень- 
 
шаться и при скольжении s = 0 момент вращения двигателя бу- • дет также равен нулю. 
 
Следует оговориться, что у асинхронного двигателя скольжение, равное нулю, практически быть не может. Это возможно лишь в том случае, если ротору сообщить извне вращающий момент в сторону вращения поля статора. 
 
Пусковой момент можно увеличить, если в момент пуска уменьшить сдвиг фаз между током и э. д. с. ротора. Из формулы

видно, что если при постоянном индуктивном сопротивлении  обмотки ротора увеличить активное сопротивление, то и сам угол будут уменьшаться, что приведет к тому, что и вращающий момент двигателя станут больше. Этим пользуются на практике для увеличения пускового вращающего момента двигателя. В момент пуска в цепь ротора вводят активное сопротивление (пусковой реостат), которое затем выводят, как только двигатель увеличит скорость. 
 
Увеличение пускового момента приводит к тому, что максимальный вращающий момент двигателя получается при большем скольжении (точка S₂ кривой B на фиг. 224). Путем увеличения активного сопротивления цепи ротора при пуске можно добиться того, что максимальный вращающий момент будет в момент пуска (s = 1 кривой С). 
 
Вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату напряжения, поэтому даже небольшое уменьшение напряжения сопровождается резким уменьшением вращающего момента. 
 
Мощность P₁, подводимая к обмотке статора асинхронного двигателя, равна:

где m₁ — число фаз. 
 
В статоре двигателя имеются следующие потери энергии: 
 
1) в обмотке статора Р_эс. =m₁I₁²r₁; 
 
2) в стали статора иа гистерезис и вихревые токи Р_C. 
 
Мощность, подводимая к ротору, представляет собой мощность вращающегося магнитного поля, называемую также электромагнитной мощностью Р_эM. 
 
Электромагнитная мощность равна разности между подводимой к двигателю мощностью и потерями в статоре двигателя, т. е.

Разность между Р_эM и представляет собой электрические потери в обмотке ротора Р_эP , если пренебречь потерями в стали ротора в виду их незначительности (частота перемагничивания ротора обычно очень мала):

Следовательно, потери в обмотке ротора пропорциональны скольжению ротора. 
 
Если из механической мощности развиваемой ротором, вычесть механические потерн Р_мх обусловленные трением в подшипниках ротора, трением о воздух и т. п., а также добавочные потери Р_Д, возникающие при нагрузке и обусловленные полями рассеяния ротора, и потери, вызываемы: пульсациями магнитного поля в зубцах статора и ротора, то останется полезная мощность на валу двигателя, которую обозначим через P₂. 
 
К. п. д. асинхронного двигателя может быть определен по формуле:

Из последнего выражения видно, что момент вращения асинхронного двигателя пропорционален произведению из величины вращающегося магнитного потока, тока ротора и косинуса угла между э. д. с. ротора и его током,

Из схемы замещения  асинхронного двигателя получается величина приведенного тока ротора, которую мы приводим без доказательства: