Материал: Лекция 13 Физические процессы в АМ

Не изменяющееся по фазе вторичное напряжение можно получить также в индукционном регуляторе с соединением фаз обмоток статора (с) и ротора ( р) в общий треугольник (рис .2.5), если числа витков

статора и ротора одинаковы. Первичное напряжение U const в таком регуляторе подводится к вершинам треугольника ABC, а вторичное U2 var отводится от средних точек а, б, с сторон этого тре-

угольника Не изменяющееся по фазе вторичное напряжение можно полу-

чить также в индукционном регуляторе с соединением фаз обмоток статора (с) и ротора ( р) в общий треугольник (рис .2.5), если числа

витков статора и ротора одинаковы. Первичное напряжение U const в таком регуляторе подводится к вершинам треугольника ABC, а вторичное U2 var отводится от средних точек а, б, с сторон этого тре-

угольника (рис. 2.5). Векторные диаграммы напряжений регулятора, изображенного на рис. 2.5, можно построить, учитывая, что ЭДС фаз

статора EC . и ротора EP одного и того же плеча треугольника

WсKоб.р WpKоб.р

равны по величине, сдвинуты по фазе на угол β поворота ротора

относительно статора и в сумме равны приложенному фазному напряжению:

U1 Eс Eр ..

На рис. 2.6, а, б, в показаны векторные диаграммы регулятора, выполненного по схеме рис. 2.5, соответственно для случаев

0 , , .

>0

Рис. 2.6. Векторная диаграмма ЭДС инапряжений индукционного регулятора, выполненного по схеме рис. 2.5, при разных положениях ротора

Треугольники ABC представляют собой систему неизменных первичных напряжений. Векторы Cb, Ac, Ba – ЭДС фаз статора Eс и

векторы bA, cB, aC – ЭДС фаз ротора Eр . При повороте ротора сдвиг фаз между ЭДС Eс и Eр изменяется и одновременно изме-

няются также величины вращающегося потока и ЭДС Eс , Eр , так

что сумма ЭДС фаз одного и того же плеча треугольника остается неизменной

Eс EP U const.

Как видно из рис. 2.6, треугольник вторичных напряжений abc при этом меняется по величине, но при Eс Eр положение этого тре-

угольника и, следовательно, фаза вторичного напряжения не изменяются.

Принцип действия асинхронного двигателя. Обмотка статора асинхронного двигателя подключается к сети переменного тока. Под действием напряжения сети в ней протекает переменный ток, создаются МДС и вращающееся магнитное поле. Рабочий поток взаимной индукции проходит по ярму (спинке сердечника) и зубцам статора, через воздушный зазор, по зубцам и ярму ротора и замыкается через полюс другой полярности (см.рис. 2.2).

Магнитное поле при вращении пересекает проводники обмотки ротора, цепь которой всегда замкнута. В каждом проводнике при этом наводится ЭДС

где B — индукция в месте расположения проводника;

l — длина проводника; Vотн — линейная скорость перемеще-

ния поля относительно проводника ротора.

Полярность ЭДС, наводимой в проводнике, определяется по правилу правой руки. Под действием этой ЭДС в проводнике потечет ток iпр eпр . В результате его взаимодействия с вращающимся полем

статора появится тангенциальная сила Fпр , действующая па провод-

ник. Направление этой силы определяется по правилу юной руки. Проводники обмотки ротора распределены по пазам его сердеч-

ника на окружности с диаметром D . Произведение силы Fпр на ее

плечо — расстояние до оси вращения — равно электромагнитному моменту. Суммированием электромагнитных моментов тех проводников получают результирующий электромагнитный момент, действующий на ротор:

М FпрD ,

Z

где Z — число пазов ротора.

Ротор начинает вращаться под действием результирующего электромагнитного момента, если он больше момента сопротивления нагрузки. Естественно, механический момент нагрузки прикладывается к валу двигателя.

Поле статора всегда вращается с постоянной скоростью n , не

зависящей от нагрузки. Начав вращаться под действием электромагнитного момента, ротор будет «догонять» поле статора. Но скорость вращения ротора n не может стать равной синхронной скорости

вращения поля статора n . Рассмотрим, почему это так.

Ответ на этот вопрос имеет ключевое значение для понимания принципа работы асинхронного двигателя.

Предположим, что скорость n стала равна скорости n1 . Так как

Vотн n n , то при n =n ЭДС eпр [см. (2.1)], iпр , Fпр ,

М , поэтому ротор начнет останавливаться.

Таким образом, у асинхронного двигателя всегда n <n , т.е. ротор «отстает» от поля статора, вращаясь медленнее его и скользя отно-

сительно него. Это несинхронное вращение ротора и обусловило название «асинхронный двигатель».

Скорость скольжения ротора относительно поля статора

nск n -n . Обычно используется ее относительная величина, называемая скольжением асинхронного двигателя:

Скольжение иногда выражают в процентах: s% s. Отметим некоторые характерные значения скольжения.

1.При пуске асинхронного двигателя в первый момент после включения в сеть ротор еще неподвижен, т. е. n , s .

2.При холостом ходе асинхронного двигателя, т.е. при работе

без нагрузки на валу, скорость ротора n весьма близка к n1 (но не равна ей), следовательно, s 0.

3. Работе асинхронного двигателя с номинальным моментом нагрузки соответствует номинальное скольжение sном .

Вращающееся магнитное поле индуцирует в создавшей его обмотке статора ЭДС с частотой питающей сети. Частота ЭДС в обмотке ротора определяется скоростью ncк :

где n n sn [см. (2.2)]

Следовательно, можно сделать следующий важный вывод: поле статора наводит в роторе ЭДС переменной частоты f S , которую на-

зывают частотой скольжения.

Преобразование частоты – одно из полезных свойств асинхронной машины, используемое на практике.

При пуске асинхронного двигателя частота ЭДС в роторе наи-

большая, т.к. при n2 0, s , а f2s f1. При холостом ходе f2s 0 , в номинальном режиме, согласно (2.3),

f2s 0,02 50 1Гц.

С такой же низкой частотой изменяется магнитный поток в сердечнике ротора, т.е. в нем практически отсутствуют потери в стали. Однако магнитопровод ротора делают шихтованным по следующим причинам:

пуски, торможения и другие переходные процессы (особенно если они происходят часто) сопровождаются изменением скольжения и частоты в роторе в широких пределах;

высшие пространственные гармоники поля перемагничивают сердечник ротора с частотами, зачастую даже превышающими частоту сети;

при штамповке листов электротехнической стали для сердечника статора внутреннюю часть вырубки можно использовать для шихтовки сердечника ротора. В противном случае ее пришлось бы отправлять в отходы.

В заключение отметим, что в теории электрических машин используются три вида скоростей двигателя: линейная V , м/с; угловая

, рад/с, или 1/с, или c 1; частота вращения n , об/мин. Напомним связь между ними:

Из выражений (2.4) получаем

v D .

Асинхронный двигатель при холостом ходе. Холостым ходом называется работа двигателя без нагрузки на налу. При холостом ходе двигателя к обмотке статора подведено номинальное питающее напряжение, поле статора вращается с синхронной скоростью n , ско-

рость вращения ротора самая большая, скольжение почти равно нулю. Двигатель в этом случае преодолевает только незначительные моменты трения в подшипниках и щеток о контактные кольца (в двигателях с фазным ротором), момент сопротивления собственного вентилятора, находящегося на валу (см. рис. 1.2), и момент трения поверхности ротора о воздух. Сумму этих моментов называют моментом

холостого хода.

Электромагнитный момент в асинхронном двигателе создается и счет взаимодействия потока вращающегося магнитного поля с током ротора I т.е. M ~ ФI2 .