Урок№20_19.03.2026

  Електротехніка                                            гр.9/25                            19.03.2026

Урок№20: Асинхронні двигуни. Будова, запуск, реверсування 

Будова та принцип дії трифазних асинхронні маши.

Трифазні асинхронні машини були розроблені у 1888 р. М.О. Доліво-Добровольським.

Асинхронна машина — це машина змінного струму, в котрій збуджується обертове магнітне поле швидкість обертання якого відрізняється  від швид­кості обертання ротора.

 Асинхронні машини принципово можуть бути генераторами або дви­гунами. Характеристики асинхронних двигунів дуже добрі, і вони ши­роко застосовуються в техниці. Асинхронні генератори практично не використовуються, тому що мають дуже низькі експлуатаційні якості.

Асинхронні двигуни за своєю простотою, надійністю та ефективні­стю дістали широкого розповсюдження. Понад 85% усіх електродви­гунів — це трифазні асинхронні двигуни.

Асинхронна машина складається із статора і ротора. Статор має шихтоване осердя, у пазах якого розташована трифазна обмотка. У най­простішому випадку вона складається із трьох котушок, що зсунуті одна до одної на 120°.

Ротор буває двох типів:  короткозамкнений;  фазний.

Короткозамкнений ротор має шихто­ваний циліндр із пазами. У пази уклада­ються стержні, що замкнені електричне із обох боків кільцями. Ці кільця та стержні М.О. Доліво-Добровольський назвав "білковим колесом" На рис наведено будову асинхрон­ного двигуна із короткозамкненим ротором. Оскільки на роторі немає колекторного вуз­ла, ротор не має ковзаючих контактів, дви­гун дуже простий щодо обслуговування, надійний у роботі, дешевий, легкий та економічний. Це двигун «основного виконання». 

Будова асинхронного двигуна

1 – статор; 2 – підшипниковий щит; 3 – кришка вентилятора; 4 – вентилятор; 5 – кришка; 6 – клемна коробка; 7 – клемна панель; 8 – рем-болт; 9 – ротор; 10 – підшипник; 11 – обмотка статора; 12 –лапи

Конструктивно трифазний асинхронний двигун складається з нерухомого статора та рухомого ротора. Корпус (станина) найчастіше виконаний з чавуну, оскільки він більш зносостійкий та стійкий до агресивної дії зовнішніх факторів. Саме всередині станини кріпиться статор. Щоб покращити тепловий баланс електромотора, корпус роблять із ребрами для охолодження.

Статор асинхронної машини уявляє собою циліндр, зібраний з листової сталі з пазами на внутрішній поверхні. В діаметрально протилежних пазах A–X, B–Y¸ C–Z розташовані витки котушок з однаковим числом витків. Кут між площинами котушок складає 120°. Початки котушок A, B, C приєднані до мережі трифазного струму частотою f₁, а кінці X, Y, Z об’єднані в загальну нульову точку. В обмотках котушок протікають синусоїдальні струми І_А, І_В, І_С, взаємно зсунуті по фазі на третину періоду. Кожна котушка окремо створює пульсуючий магнітний потік, вісь якого співпадає з віссю відповідної котушки.

 Обертове магнітне поле створюється обмоткою статора, що складається із трьох котушок. Ці котушки розташовані під кутом 120" одна до одної і на них подається трифазна синусоїдна напруга. Тобто у котушках проходять струми, що зсунуті один до одного на 120. Можна розглянути моменти часу, коли фазні струми сягають максимальних значень. Із таблиці видно, що максимальний струм не збігається за напрямом із двома іншими фазними струмами.

Три котушки статорної обмотки (початки А, В, С, кінці х, у, z) розташовані під кутом 120° . Відповідно до таблиці на рисунку зображені напрями струмів. Якщо об'єднати провідники з однаковим напрямом струмів, можна зобразити магнітне поле статора. Таким чином, кутова частота обертання двополюсного поля дорівнює кутовій частоті струму в обмотці статора. Якщо у кожну фазу обмотки статора увімкнути по дві котушки (витки укладати не через 180°, а через 90°, як наведено на рис. , то можна одержати чотириполюсне поле. Це поле обертатиметься у два разі повільніше, тому що у цьому разі р=2 (дві пари полюсів) . Можна і далі збільшувати 

кількість пар полюсів, збільшуючи кількість котушок у кожній фазі Таким чином створюється багатополюсне обертове магнітне поле. Трифазна обмотка статора ство­рює обертове магнітне поле. Швидкість обертання поля залежить тільки від частоти струму та кількості пар полюсів обмотки статора:

 де п — швидкість обертання поля (об/хв), f — частота струму в обмотці статора, р — число пар полюсів.

В залежності від кількості числа пар полюсів можливі наступні значення частот обертання магнітного поля статора, при частоті живлячої напруги 50 Гц:

n, об / хв	р
3000	1
1500	2
1000	3
750	4
600	5
300	10

 Швидкість обертання ротора і магнітного поля неоднакові. Ступінь відставання швидкості обертання ротору n від швидкості обертання магнітного поля n₀ оцінюється величиною ковзання Вводять величину S (ковзання), що характеризує асинхронність 

де n₁— швидкість обертання поля (об/хв — синхронна швидкість);

n₂ — швидкість обертання ротора (об/хв — асинхронна швидкість).

Звичайно ця величина визначається у частках одиниці або відсотках і коливається S = 1,5÷7%

Режими роботи асинхронної машини

n₁ > n₂, машина працює у режимі двигуна;

n₁ < n₂, машина працює у режимі генератора;

n₁ = n₂ штучний режим ідеального неробочого (холостого) ходу. Якщо ротор розігнати до швидкості обертового поля, то магнітні силові лінії не перетинатимуть стержнів і не буде наводитися ЕРС.

На рис. наведено спрощене та розгорнене графічне зображення короткозамкненого асинхронного двигуна.

  та асинхронної машини з фазним ротором.

 В обох випадках обмотка статора з'єднані в «трикутник».

 Робочі характеристики асинхронного двигуна

Природною механічною характеристикою називається характери­стика двигуна з короткозамкненим ротором (опір обмотки ротора прак­тично дорівнює нулеві).

Штучна характеристика це характеристика двигуна з опором обмотки ротора R₂ > 0 (фазний ротор).

При аналітичних дослідженнях асинхронних машин вико­ристовується залежність електромагнітного моменту від ковзання. Як й усі електричні машини, асинхронна машина оборот­на. У режимі 0 < S< 1 вона працюс як двигун. За негативними значення­ми ковзання (швидкість ротора більша за швидкість обертання поля) машина працює як генератор. Якщо зовнішня сила обертає ротор про­ти напрямку обертання поля (S > 1), то машина працює як електромаг­нітне гальмо. При цьому електромагнітний момент перешкоджатиме обертанню ротора.

Робочими характеристиками асинхронного двигуна назива­ються залежності від потужності Р₂ або від коефіцієнта завантаження

— частоти обертання ротора п₂ (або ковзання);

— коефіцієнта корисної дії;

— коефіцієнта потужності (cosφ);

— струму статора I₁;

— моменту на валу М₂.

Регулювання швидкості обертання ротора

3 точки зору регулювання швидкості обертання ротора асин­хронний двигун гірший за двигуни постійного струму. Звичайно асинх­ронні двигуни застосовуються у нерегульованих приводах.

Двигун із фазним ротором регулюється введенням реостата. При цьому зменшуються оберти . Це дуже неекономічне, бо збільшу­ються втрати на додатковому опорі. Регулюючі реостати звичайно роз­раховують на тривалий режим роботи та регулюють оберти у діапазоні до трьох разів. Згідно із співвідношенням  n₁ = 60 f₁ /p

регулювати швидкість обертання ротора короткозамкненого двигуна можна двома способами. .

1. Зміною числа пар полюсів. Виводи котушок статорної обмотки перемикаються на клемній дошці. В залежності від їх перемикання змінюється число пар полюсів. Цей спосіб дає змогу регулювати обер­ти ступінчасте.

2. Зміною частоти живлячого струму. Звичайно частоту регулю­ють тиристорним перетворювачем частоти у межах f = 20...60 Гц.

Недоліком цього способу є необхідність вмикання додаткового при­ладу та невеликі границі регулювання.

Реверсування (зміни напрямку обертання ротора), то необхідно змінити напрям обертання магнітного поля. Це можна здійсни­ти, якщо перемкнути два будь-які лінійні проводи, що з'єднують три­фазну мережу із статором двигуна.