Источник: Wikipedia
http://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor
Принципы действия ЭМ основаны на электрических и магнитных явлениях. ЭМ преобразуют механическую энергию в электрическую (генераторы) и наоборот (двигатели). Природа этого процесса объясняется законом электромагнитной индукции. Электродвигатель срабатывает с помощью магнитной силы, действующей между стационарными электромагнитами, называемыми статор, и вращающегося электромагнита, называющегося ротором. Типы электродвигателей отличаются в зависимости от того, как электрический ток подается на перемещающийся ротора. В двигатель постоянного тока и двигателя фазного переменного тока, подается на ротору непосредственно через раздвижные электрические контакты, которые называются коммутаторы и контактные кольца. В асинхронный двигатель, напротив же, индуцируется ток в роторе без контактов магнитного поля статора, посредством электромагнитной индукции.
Асинхронный двигатель иногда называют вращающимся трансформатором, потому как статор (неподвижная часть) является первичной стороной трансформатора, а ротор (вращающаяся часть) является вторичной. В отличие от обычных трансформаторов, которые изменяют свое текущее состояние с помощью изменяющегося во времени потока, асинхронные двигатели используют вращающиеся магнитные поля для преобразования напряжения. Ток в первичной обмотке создает электромагнитное поле, которое взаимодействует с электромагнитным полем на вторичной стороне для получения результирующего крутящегося момента, тем самым превращая электрическую энергию в механическую. Асинхронные электродвигатели широко используются, особенно многофазные асинхронные двигатели, которые часто используются в промышленных приводах.
Асинхронные электродвигатели в настоящее время являются предпочтительным выбором из промышленных двигателей благодаря их надежной конструкции, отсутствию щетки (которые требуются в большинстве двигателей постоянного тока) и, благодаря современной силовой электронике - способность управлять скоростью двигателя.
Теперь вкратце рассмотрим историю возникновения асинхронного двигателя.
Индукционный мотор был впервые реализован Галилео Феррарисом в 1885 г. в Италии. В 1888 г. Феррарис опубликовал свои исследования в статье в Королевскую Академию Наук в Турине (позже, в том же году, Тесла получил U.S. Patent 381,968, в котором он опубликовал теоретические основы для понимания каким путём действует мотор). Индукционный мотор с короткозамкнутым ротором был предложен Доливо-Добровольским примерно годом позже.
Рассмотрим принцип действия асинхронного двигателя.
На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на стержни ротора и по закону магнитной индукции наводит в них ЭДС. В стержнях ротора под действием наводимой ЭДС возникает ток. Токи в стержнях ротора создают собственное магнитное поле стержней, которые вступают во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая складываясь по окружности создает вращающийся электромагнитный момент ротора.
В противоположность этому, асинхронный двигатель не имеет постоянных магнитов на роторе, вместо этого индуцируется ток в роторе. Для достижения этой цели, обмотки статора расположены вокруг ротора так, что под напряжением они создают вращающееся магнитное поле. Это изменение магнитного поля показывает как индуцируется ток в проводниках ротора. Эти токи взаимодействуют с вращающимся магнитным полем, создаваемым статором, а также силу вращательного движения на роторе.
Следует отметить, что скорость ротора должна быть меньше, чем скорость вращающегося магнитного поля в статоре , либо магнитное поле не будет двигаться относительно ротора проводников и токи не будут наводиться. Если по какой-то причине это произойдет, ротор обычно немного замедляется, пока ток реиндуцируется, а затем ротор продолжает работать, как раньше. Это различие между скоростью ротора и скоростью вращающегося магнитного поля в статоре называется скольжением.
Из принципа действия АД следует обмотка ротора не имеет электрической связи с обмоткой статора. Между ними существует только магнитная связь и энергия из обмотки статора передается в обмотку ротора магнитным полем. В этом отношении АМ подобна трансформатору. В процессе работы АД токи в обмотках статора и ротора создают две МДС. Совместными действиями эти МДС наводят в магнитной системе двигателя результирующий магнитный поток.
Асинхронные электродвигатели наиболее часто используются для работы с однофазными или трехфазными мощностями, но не следует забывать о существовании трехфазных двигателей. В теории, двухфазные и более двигатели возможны; многие однофазные двигатели с двумя обмотками, требующими конденсатор также могут быть рассмотрены как двухфазные. Однофазные двигатели получили более широкое распространение в жилых зданиях, но не могут произвести вращающегося поля в двигателе (т.к. поле колеблется туда и обратно), поэтому двигатели однофазной индукции должны включать в себя определённые пусковые механизмы для получения вращающегося поля.
По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из электротехнической стали и шихтованным.
Синхронная скорость вращения ротора определяется числом пар полюсов (числом витков в статоре) и частотой питающего напряжения.
Однако, для нагруженного ротора, для любой заданной частоты синхронные двигатели должны быть запущены в "рабочей зоне" для данного асинхронного двигателя. Этот вал в диапазоне скоростей вращения выше максимального крутящего момента. В этой зоне происходит незначительное увеличению скорости скольжения, что увеличивает крутящий момент, и уменьшения скольжения - уменьшает крутящий момент. Поэтому в этой зоне двигатель, как правило, работает на постоянной скорости.
Если ротор разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля, то изменится направление ЭДС в обмотке ротора и активной составляющей тока ротора, то есть асинхронная машина перейдёт в генераторный режим
Для работы АД в генераторном режиме требуется источник реактивной мощности, создающий поток возбуждения. При отсутствии первоначального магнитного поля в обмотке статора поток возбуждения создают с помощью постоянных магнитов, либо при активной нагрузке за счёт остаточной индукции машины и конденсаторов, параллельно подключенных к фазам обмотки статора.