Асинхронный электродвигатель представляет собой электрическую машину переменного тока, отличительной чертой которой является короткозамкнутая обмотка ротора. Это один из самых распространенных типов двигателей благодаря своей надежности и простоте конструкции.
Конструкция и принцип действия
Конструкция асинхронного двигателя отличается высокой надежностью и состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. В пазах статора размещается обмотка, которая при подключении к сети создает вращающееся магнитное поле. Для снижения потерь на вихревые токи сердечники как статора, так и ротора собираются из изолированных друг от друга листов специальной электротехнической стали.
Ключевым элементом является ротор, который бывает двух основных типов: короткозамкнутый и фазный. В короткозамкнутом роторе обмотка выполнена в виде "беличьей клетки" — алюминиевых или медных стержней, замкнутых накоротко торцевыми кольцами. Фазный ротор, в свою очередь, имеет трехфазную обмотку, концы которой выведены на контактные кольца на валу. К этим кольцам через щетки подключается пусковой реостат, что позволяет плавно увеличивать пусковой момент и ограничивать пусковые токи.
Скольжение и рабочие режимы
Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции. Вращающееся магнитное поле статора наводит токи в обмотке ротора, что создает электромагнитный момент и заставляет ротор вращаться. Важно отметить, что ротор всегда вращается немного медленнее, чем магнитное поле статора. Эта относительная разность скоростей называется скольжением. Скольжение является фундаментальным параметром: оно никогда не равно нулю, так как именно разность скоростей обеспечивает наведение токов в роторе и создание вращающего момента.
В зависимости от условий работы двигатель может функционировать в нескольких режимах. При скольжении, равном единице (ротор неподвижен), это режим короткого замыкания. При скольжении, близком к нулю (ротор почти догнал поле), — режим холостого хода. Помимо основного двигательного режима, асинхронная машина может работать как генератор, если ротор вращать сторонним двигателем быстрее поля статора, или как электромагнитный тормоз, если вращать его против направления поля.
Особенности и применение
Асинхронный двигатель — безусловный лидер в промышленности. Его популярность обусловлена простотой, долговечностью, низкой стоимостью и неприхотливостью в обслуживании. Частота вращения его магнитного поля жестко задана частотой питающей сети (обычно 50 Гц) и числом пар полюсов обмотки статора.
К основным недостаткам можно отнести сложность плавного регулирования скорости вращения в широком диапазоне и сравнительно низкий пусковой момент у двигателей с короткозамкнутым ротором. Для реверса (изменения направления вращения) достаточно поменять местами две фазы питающего напряжения.
Широкое применение нашли и однофазные асинхронные двигатели. Они имеют одну рабочую обмотку на статоре, создающую пульсирующее, а не вращающееся поле. Для самостоятельного пуска им требуется дополнительная пусковая обмотка или внешний начальный толчок, после чего двигатель устойчиво работает в одном направлении.