Асинхронная машина

Асинхро́нный электродвигатель (также Асинхронная машина) — электрический двигатель переменного тока, частота вращения ротора которого (в двигательном режиме) меньше частоты вращения магнитного поля, создаваемого током обмотки статора. Помимо асинхронных двигателей, существуют также и асинхронные генераторы, и асинхронные расщепители фаз, позволяющие из однофазного напряжения получить трехфазное - такие расщепители фаз применялись до появления инверторов на электровозах переменного тока.

Второе название асинхронных двигателей — индукционные, это обусловлено тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют бо́льшую часть электрических машин, применяются главным образом в качестве электродвигателей (в том числе тяговых электродвигателей на железнодорожном транспорте, в метрополитене, на трамваях, троллейбусах, электробусах, электромобилях и гибридах) и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

Принцип действия асинхронного двигателя заключается в том, что ток в обмотках статора создает вращающееся магнитное поле. Это поле наводит в роторе ток, который начинает взаимодействовать с магнитным полем таким образом, что ротор начинает вращаться в ту же сторону, что и магнитное поле так, чтобы поля статора и ротора стали взаимно неподвижными. В двигательном режиме частота вращения ротора немного меньше, а в генераторном режиме — больше частоты вращения магнитного поля. При равенстве скоростей поле перестаёт наводить в роторе ток, и на ротор перестаёт действовать сила Ампера. Отсюда и название — асинхронный двигатель (в отличие от синхронного, частота вращения которого совпадает с частотой магнитного поля). Относительная разность скоростей вращения ротора и частоты переменного магнитного поля называется скольжением. В установившемся двигательном режиме скольжение невелико: 1-8 % в зависимости от мощности^[1][2][3].

В 1888 году Галилео Феррарис опубликовал свои исследования в статье для Королевской академии наук в Турине (в том же году Тесла получил патент США^[4]), в которой изложил теоретические основы асинхронного двигателя^[5]. Заслуга Феррариса в том, что, сделав ошибочный вывод о небольшом КПД асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к проблеме совершенствования асинхронных машин. Статья Галилео Феррариса, опубликованная в журнале «Атти ди Турино», была перепечатана английским журналом и в июле 1888 года попала на глаза выпускнику Дармштадтского высшего технического училища, выходцу из Российской Империи Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому. Уже в 1889 году Доливо-Добровольский получил патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо» (германский патент № 51083 от 8 марта 1889 года под названием «Anker für Wechselstrommotoren»), а в 1890-м — патенты в Англии № 20425 и Германии № 75361 на фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами. Данные изобретения открыли эру массового промышленного применения электрических машин. В 1903 году в Новороссийске построен элеватор с первой в мире промышленной сетью переменного трехфазного тока, все установки которой изготовлены под руководством Доливо-Добровольского. На данном элеваторе, также впервые в мире, применены трехфазные трансформаторы и асинхронные двигатели с фазным ротором. В настоящее время асинхронный двигатель Доливо-Добровольского (с короткозамкнутым ротором) является самым распространенным электродвигателем^[6].

Достоинства и недостатки асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по сравнению с машинами других типов:

Достоинства:

1. Простота изготовления.
2. Относительная дешевизна.
3. Высокая надёжность в эксплуатации.
4. Невысокие эксплуатационные затраты.
5. Возможность включения в сеть без каких-либо преобразователей (для нагрузок, не нуждающихся в регулировке скорости).

Все вышеперечисленные достоинства являются следствием отсутствия механических коммутаторов в цепи ротора и привели к тому, что большинство электродвигателей, используемых в промышленности — это асинхронные машины с КЗ ротором.

Недостатки асинхронного двигателя обусловлены жёсткой характеристикой:

1. Небольшой пусковой момент.
2. Значительный пусковой ток (может достигать 6 номиналов и более).
3. Отсутствие возможности регулирования скорости при подключении непосредственно к сети и ограничение максимальной скорости частотой сети (для АДКЗ, питаемых непосредственно от трёхфазной сети 50 Гц — 3000 об/мин). Примерно в 2010 году американская фирма DeWalt запатентовала и выпустила ряд двигателей асинхронного типа с регулировкой частоты вращения.Леонтьев Г. А., Зенина Е. Г. Исследование асинхронных двигателей с короткозамкнутым и фазным ротором. — Волгоград.: Волгоградский гос. тех. ун-т., 2000.
4. Вешеневский С. Н. Характеристики двигателей в электроприводе. Издание 6-е, исправленное. Москва, Издательство «Энергия», 1977. Тираж 40 000 экз. УДК 62-83:621,313.2

Эта страница в последний раз была отредактирована 10 июня 2024 в 17:29.