Основываясь на синусоидальных кривых напряжения и тока, а также принимая во внимание, что фазы А, В, С отстают друг от друга на 120 град. электрич., можно смоделировать ток в обмотках статора и магнитное поле, создаваемое им. На рисунке для простоты восприятия показаны только начала и концы обмоток (условное допущение, что обмотки состоят из одного витка), так А – начало, х – конец фазы А. Красный цвет – ток течет от нас, синий – к нам. Соответственно токам будет и картина магнитного поля (красный – южный полюс, синий – северный).

Таким образом, видно как поле «вращается» в статоре, увлекая за собой ротор. Это справедливо для всех типов машин переменного тока, будь то синхронные, или асинхронные машины.

Основной причиной выхода из строя является нарушение токовой симметрии в обмотке статора. Факторов приводящих к этому множество, но стоит рассмотреть лишь основные.

Обрыв одной фазы обмотки статора – наиболее частая причина выхода из строя двигателей переменного тока. Если представить, что пропадает питание на фазе А, то картина получится следующая (см. рис.2).

Поле перестает быть вращающимся, оно становится пульсирующим. Момент сил, раскручивающий ротор отсутствует, и двигатель не работает. Такая ситуация опасна прежде всего тем, что в рабочих обмотках присутствует ток в 3-5 раз больше чем номинальный. Двигатель постоянно находится в режиме пуска, самом тяжелом для машины. Если вовремя не выявить поломку – неизбежно термическое повреждение изоляции двигателя, замыкание рабочих обмоток и даже возгорание.

Для определения этой неисправности необходимо измерить уровень напряжения на питающих клеммах, измерить рабочий ток на всех фазах.

Другая причина несимметрии – межвитковое замыкание в одной из фаз статора. Это приводит к уменьшению витков в обмотке (рис.3), а, следовательно, и к увеличению тока на данной фазе.

Увеличенный ток производит, прежде всего, термическое действие, пагубно сказывающееся на изоляции двигателя. К тому же, ток увеличивается не только в фазе с замкнутыми витками, но и в соседних фазах (каждый раз во время определенной фазы тока), что сильно искажает форму магнитного поля.

Магнитное поле статора неправильной, ассиметричной формы, имеет пик индукции выше положенных 1,6 Тл, а искривленная форма создает биения и паразитные противомоменты на валу двигателя. Следовательно, страдает не только электромагнитное ядро машины, но и механика – подшипники, шпонки, приводной механизм.

Витковое замыкание чаще всего случается в лобовых частях, где обмотка может быть подвергнута механическому воздействию. Хотя, вследствие перегрева, может произойти замыкание и в пазах статора. Данный дефект определяется просто – измерением рабочего тока обмоток статора и последующим контрольным замером сопротивления катушек постоянному току (значения активных сопротивлений не должны отличатся друг от друга более чем на 5-7%). Стоит еще отметить, что при работе двигатель с таким дефектом работает неровно, на приводе ощущаются толчки, в режиме разгона может «проваливаться», т.е. замирать на скорости меньше номинальной и не разгоняться дальше.

Сюда же стоит отнести и случаи замыкания обмотки на корпус двигателя или «на землю». Данные замыкания вносят абсолютно похожие проблемы, с той лишь разницей, что в случае замыкания на корпус появляется опасность поражения человека электрическим током.

В асинхронных двигателях с фазным ротором на роторе располагается трехфазная обмотка, аналогичная статорной, единственное отличие в том, что концы ее выведены на контактные кольца.

Статорное поле индуцирует в роторе ЭДС, роторные обмотки замыкаются через контактные кольца, и ток, протекающий по цепи ротора, образует магнитное поле, взаимодействующее с основным полем статора. По закону электромагнитной индукции в роторе магнитное поле имеет противоположное направление статору, следовательно, по принципу взаимоотталкивания одноименных полюсов происходит вращение вала двигателя.

Так как обмотка ротора повторяет статор, то и проблемы похожи – обрыв, межвитковое и корпусное замыкания. Единственное, что стоит отметить – при обрыве фазы ротора двигатель будет запускаться, но не будет развивать полного момента. Вся опасность в появлении гармонических составляющих в основной синусоиде тока. Эти гармоники высшего порядка ведут к неизбежному перегреву, перекосу по току и снижению полезного момента.

Особое внимание следует обратить на контактные кольца ротора. Напряжение с них снимается посредством графитовых щеток, закрепленных на траверзе. Кольца выполнены из латуни – мягкого сплава, и имеют свойство изнашиваться, снижая электрический контакт. Графитовые щетки также быстро изнашиваются и не обеспечивают необходимой проводимости.

Если ротор разомкнут, то в нем не протекает ток, двигатель не запустится, а при увеличении активного сопротивления контактного щеточного узла существует опасность уменьшения номинальной частоты вращения двигателя (ток меняет фазу в сторону активного, что смещает точку динамического равновесия вращения нагрузки).

Проверить состояние ротора можно замерами фазных токов, как статора, так и ротора. Токи фаз не должны отличатся друг от друга более чем на 10%.

Иногда причина плохой работы машины заключается в системе управления приводом. Не секрет, что большинство схем управления асинхронных двигателей с фазным ротором построено на принципе контакторно-релейных схем, изменяющих активное сопротивление в роторе двигателя.

Неправильная настройка схемы, или поломка в контакторах может привести к аварийным режимам работы – затянувшийся пуск, недостаточный разгон, обрыв фазы в роторе, плохой контакт между сопротивлениями.