Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Ротор асинхронного двигателя. В качестве простейшего ротора может быть применен 
сплошной стальной цилиндр, служащий одновременно и магнитопроводом, и токопроводом. 
Однако двигатели с таким ротором имеют низкий коэффициент полезного действия и низкий 
cos φ. Индуцируемые в роторе токи с одной стороны участвуют в создании момента 
вращения, а с другой стороны, при их циркуляции в роторе выделяется теплота согласно 
закону Джоуля–Ленца. Необходимо разработать конструкцию ротора, обеспечивающую 
увеличение механического эффекта и уменьшение теплового эффекта индуцированных 
токов. С этой целью нужно сосредоточить токи как можно ближе к цилиндрической 
поверхности ротора с тем, чтобы увеличить плечо электромагнитных сил. В то же время 
выгодно, чтобы внутренняя часть ротора имела в осевом направлении наибольшее 
сопротивление, поскольку циркулирующие вихревые токи превращают электрическую 
энергию в тепловую. Для достижения указанной цели цилиндрический сердечник ротора 
набирается так же, как и статор, из тонких стальных листов, изолированных друг от друга. 
Для протекания индуцированных токов в пазах близ внешней поверхности ротора 
укладываются медные или алюминиевые проводники – стержни. Все стержни соединены 
между собой двумя замыкающими кольцами, расположенными с обоих торцов сердечника. 
Такой 
ротор 
называется 
короткозамкнутым. 
Стержни, 
расположенные 
вдоль 
цилиндрической поверхности, вместе с короткозамкнутыми кольцами образуют так 
называемую беличью клетку. Трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым 
ротором (их часто называют просто короткозамкнутыми двигателями) получили широкое 
распространение на подвижном составе благодаря исключительной простоте, дешевизне и 
надежности в работе. 
4.2. Электродвижущие силы статора и ротора. 
При синусоидальном распределении постоянного по величине вращающегося магнитного 
потока в воздушном зазоре асинхронной машины в обмотке ротора индуцируется ЭДС, 
изменяющаяся во времени по синусоиде. То же относится и к обмотке статора, проводники 
которого также пересекаются вращающимся магнитным потоком. Если ЭДС изменяется 
синусоидально, то ее мгновенное значение, как известно из теории переменных токов, равно 
е = Е
т
sinωt. Амплитуда ЭДС в одном витке обмотки равна Е
т
= Ф
т
ω, где Е
т
– максимальное 
значение ЭДС. Если обмотка расположена в нескольких пазах, то ЭДС, индуцируемые в 
отдельных проводниках обмотки одной фазы, лежащих в разных пазах, будут отличаться по 
фазе. Поэтому полная ЭДС в обмотке одной фазы равна геометрической сумме ЭДС 
отдельных проводников. То же относится и к определению ЭДС одного витка, или катушки, 
при так называемом укорочении шага, когда шаг обмотки меньше полюсного шага машины. 
Введя коэффициент k
1
меньший единицы, зависящий от устройства обмотки и называемый 
обмоточным коэффициентом, можно записать: 
Е
1
= 4,44 k
1
Фfw
1
где Е
1
– ЭДС фазы, В; Ф – магнитный поток обмотки статора, Вб; f– частота питающей сети, 
Гц; w
1
– число витков обмотки фазы статора. Обмоточный коэффициент зависит от типа и 
схемы статорной обмотки и в среднем примерно равен 0,9. ЭДС статорной обмотки 

---

51 / 203 
уравновешивается приложенным к обмотке статора напряжением сети. По отношению к току 
статора эта ЭДС является противодействующей. ЭДС, индуцируемая в обмотке ротора, 
определяется относительной частотой вращения поля
и ротора ω
2
= 2πfs = sω
1
. Таким 
образом, можно записать: 
е = E
m
sinω
2
t = E
m
sin(sω
1
t) (4.5) 
Значение магнитного потока Ф, входящее в уравнения, есть магнитный поток взаимной 
индукции, охватывающий обе обмотки –- статорную и роторную. Для действующего 
значения ЭДС в обмотке ротора при скольжении s мы аналогично получим E
2s
= 4,44k
2
Фf
2
w
2
= 4,44k
2
Фfw
2
s. Как и в трансформаторе, при определении магнитного потока Ф токов ротора 
и статора исходной величиной является ток во вторичной цепи, т.е. в роторе асинхронного 
двигателя. Величина роторного тока определяется нагрузкой машины, причем в данном 
случае речь идет о механической нагрузке, т.е. о моменте на валу двигателя. С увеличением 
момента на валу вращение ротора замедляется, разность частоты вращения поля и ротора 
увеличивается, в соответствии с чем возрастают ЭДС и ток в роторе.