Материал: Лекция 13 Физические процессы в АМ

Физические процессы в асинхронных машинах

Асинхронная машина при неподвижном роторе. Рассмотрим асинхронную машину, имеющую трехфазные обмотки на статоре и роторе. Ротор этой машины заторможен. Если обмотку статора подключить к трехфазной системе напряжений, а к обмотке ротора подсоединить сопротивление нагрузкиZнг (рис. 2.1), то в этом случае

асинхронная машина будет работать как трансформатор с вращающимся магнитным полем.

Рис. 2.1. Асинхронная машина как трансформатор

От трансформатора асинхронная машина будет отличаться в конструктивном отношении (распределением обмотки, наличием зазора и т. д.). Поэтому для анализа работы асинхронной машины при неподвижном роторе могут быть использованы основные уравнения, векторная диаграмма и схема замещения, полученные для трансформатора.

Магнитное поле основной гармоники индуктирует в обмотке статора ЭДС

E1 π2 f1W1Kоб1 ,

а в обмотке ротора со скошенными пазами ЭДС

E2 π2 f1W2Kоб2Kс .

Отношение этих ЭДС равно коэффициенту трансформации

Приведенная обмотка ротора с приведенным током I создает

основную гармонику МДС, которая ориентирована в осевом направлении и имеет амплитуду

F2 m12W1Kоб1 I2 .

πp

Неприведённая обмотка ротора создает основную гармонику МДС, которая ориентирована вдоль скошенных пазов ротора и имеет амплитуду

F2 m22W2Kоб2 I2 .

πp

Это выражение не содержит коэффициента Kс , однако при вычислении потокосцепления взаимной индукции с обмоткой статора, создаваемого МДС F , надо учитывать коэффициент скоса Kс , так как МДС

F и создаваемый ею поток скошены относительно обмотки статора. По-

этому в отношении статора эффективной является МДС KсF2 и при приведении должнобыть соблюденоравенство

F2 KcF2.

Исходя из этого равенства и используя написанные выше выражения для F и F , найдем для коэффициента трансформации, или коэффициента приведения, токов

Ki I I

следующее выражение:

Ki m W Kоб .

m W Kоб Kс

Поскольку ротор может быть заторможен в любом положении и повёрнут вручную или с помощью вспомогательного двигателя, то оси обмоток статора и ротора будут занимать относительно друг друга различные положения Это относительное смещение осей обмоток статора и ротора вызывает

сдвиг по фазеЭДС, индуцируемых в обмотках вращающимся магнитным полем.

Это относительное смещение осей обмоток статора и ротора вызывает сдвиг по фазе ЭДС, индуцируемых в обмотках вращающимся магнитным полем.

Если ротор повернуть в сторону вращения магнитного поля так, что оси фаз статора и ротора будут пространственно сдвинуты на угол

(рис. 2.2), то магнитное поле при своем вращении будет набегать сначала на фазу B статора,

а затем на фазу B ротора. Вследствие этого ЭДС фазы B будет от-

ставать от ЭДС фазы B на электрический угол

эл p (рис. 2.2). Изменяя положение ротора относительно статора,

можно изменять угол эл.

Такая машина называется фазорегулятором и представляет собой, в сущности, поворотный трансформатор с регулируемой фазой вторичного напряжения U относительно первичного U .

Асинхронную машину при заторможенном роторе можно включить по схеме автотрансформатора. При такой схеме включения она называется индукционным регулятором. Трехфазный индукционный регулятор служит для регулирования напряжения трехфазной сети переменного тока. Схема соединений обмоток наиболее широко применяемого трехфазного индукционного регулятора представлена на рис .2.3, а. Одна из обмоток W является первичной и включается па-

раллельно в сеть первичного напряжения U , а вторичная обмотка W включается в эту сеть последовательно.

В качестве первичной обмотки обычно используют обмотку ротора, так как при этом необходимо вывести с помощью контактных колец и щеток или гибких проводников только три конца обмотки. Первичная обмотка может быть включена как в звезду, так и в треугольник. Ниже для ясности будем иметь в виду соединение в звезду.

Первичная обмотка потребляет из первичной сети намагничивающий ток, который создает вращающийся поток . Если пренебречь падениями напряжения, то этот поток индуктирует в обмотках ЭДС E U . ЭДС E складывается с напряжением U под углом

(рис. 2.3, б), равным электрическому углу поворота фазы вторичной обмотки относительно первичной. При изменении концы векторов

E и U при U const скользят по окружности.

У регулятора одновременно с изменением величины напряжения

U2 меняется также его фаза, что иногда нежелательно.

Втаких случаях можно применить сдвоенный индукционный регулятор (рис. 2.4), у которого первичные обмотки присоединены к первичной сети параллельно, а вторичные – последовательно друг с другом.

Рис. 2.4. Сдвоенный трёхфазный индукционный регулятор:

а– схема соединений обмоток;б– векторная диаграмма напряжений

Оба регулятора укреплены на общем валу, и у второго регулятора на первичной и вторичной сторонах присоединения к двум фазам переменены местами. Вследствие этого магнитные поля двух регуляторов вращаются в противоположные стороны, и при повороте ротора одного регулятора по направлению вращения поля ротор другого поворачивается против направления вращения поля. Векторы вторичных

ЭДС регуляторов E и E на векторной диаграмме (рис. 2.4, б) пово-

рачиваются поэтому в противоположных направлениях, и при не учете падения напряжения фаза вторичного напряжения остается неизменной. Вращающий момент на валу сдвоенного регулятора равен нулю. Недостатком сдвоенного регулятора является наличие двух машин, что приводит к удорожанию установки.