Материал: Лекция 13 Физические процессы в АМ

Рабочий магнитный поток в асинхронном двигателе, как и в трансформаторе, определяется приложенным напряжением и практически одинаков при любой нагрузке. Для преодоления момента холостого хода достаточно маленького тока в роторе.

Связь между токами ротора и статора определяется соотношением, характерным и для трансформатора. Следовательно, при холостом ходе ток в каждой фазе обмотки статора I тоже мал и содержит на-

магничивающую (реактивную) составляющую и небольшую активную составляющую, обусловленную потерями холостого хода:

где r1 – активное сопротивление фазы обмотки статора.

Напомним, что вследствие малой частоты тока ротора в его сердечнике отсутствуют магнитные потери.

Проведем некоторые измерения в режиме холостого хода и используем полученные данные для разделения потерь (2.5) на составляющие. Для этого на обмотку статора подадим напряжение U изме-

няемое регулятором в пределах от , U ном до U min . Снижение на-

пряжения будем производить всето время, пока скорость вращения ротора остается постоянной, т.е. пока не изменяются механические потери Pмех . Электрические потери в обмоткевычислим с использованием

известного значения сопротивления r1.

Рис. 2.13. Более точная экстраполяция кривой

P1ст Рмех , приведенной на рис. 2.12

Рис. 2.12. Разделение потерь холостого хода на составляющие

кривая представляет собой параболу, экстраполируя которую до пересечения с осью ординат, получим значение pмех , неизменное в преде-

лах всего графика, поскольку n const .

Точность экстраполяции будет выше, если построить график p cт pмех f (U ). Это будет прямая линия, которую надо продолжить до пересечения с осью ординат ((рис. 2.13.)

Асинхронный двигатель, имеющий нагрузку на валу. Замена вращающегося ротора неподвижным. В асинхронной машине при вращающемся роторе происходит преобразование электрической энергии в механическую, если она работает двигателем, и обратное преобразование, если она работает генератором. Кроме того, при вращающемся роторе частота тока в его обмотке отличается от частоты тока в обмотке статора. Этими особенностями асинхронная машина при вращающемся роторе отличается от трансформатора, в котором происходит преобразование электрической энергии в электрическую.

В то же время асинхронная машина при неподвижном роторе с точки зрения преобразования энергии полностью соответствует трансформатору. Поэтому возникает естественное желание заменить асинхронную машину при вращающемся роторе эквивалентной ей по энергетическим и электромагнитным процессам машиной при неподвижном роторе. Добиться этого можно, если при такой замене ток и его фаза в роторе и МДС. ротора F останутся неизменными.

Ток во вращающемся роторе при скольжении s

где r2 – активное сопротивление фазы обмотки ротора.

Электродвижущая сила E s представляет собой ЭДС, наводи-

мую в фазе ротора при скольжении s :

E2s 4,44f2sw2kоб2Ф

Учитывая, что f s f s , получаем

E s , f w kоб2 s =E s.

Электродвижущая сила E наводится в фазе неподвижного ро-

тора (s ). Следовательно, при заданном потоке ЭДС, индуцируемая в роторе при его вращении равна ЭДС E при неподвижном роторе, умноженной на скольжение. Индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора при скольжении s

x s f sL f L s x s,

где f L – индуктивное сопротивление рассеяния при неподвижном

роторе.

Откуда следует, что индуктивное сопротивление фазы ротора при его вращении равно индуктивному сопротивлению x при непод-

вижном роторе, умноженному на скольжение.

С учетом последних выражений получим ток в роторе

Поделим числитель и знаменатель на скольжение s :

Токи, полученные по последним двум формулам, имеют одинаковое значение. Одинаковыми будут углы их сдвига от ЭДС:

Однако между этими токами имеется принципиальное различие. Если ток I s обусловлен ЭДС E s и имеет частоту f s f s , то ток

I обусловлен ЭДС E и его частота равна f . Следовательно, ток

I s является током во вращающемся роторе, а ток I – в эквивалент-

ном неподвижном.

Векторные диаграммы вторичной цепи асинхронного двигателя при вращающемся роторе и эквивалентном неподвижном роторе изображены на рис. 2.14. В первом случае все векторы вращаются с угловой частотой f s f s, а во втором – с угловой частотой f ,

равной угловой частоте вращения векторов для цепи статора. Поэтому при неподвижном роторе оказывается возможным изображение на общей временной векторной диаграмме электрических величин для цепей статора и ротора.

Рис. 2.14. Векторные диаграммы для вращающегося (а) и эквивалентного неподвижного (б) роторов

Так как токи I s и I равны по значению и фазе, то МДС, ими

созданные, также будут равны и одинаково ориентированы в пространстве, т.е. F S F Магнитодвижущая сила F s перемещается относительно ротора в направлении его движения с угловой скоростью

2 f2s 2 f1s 1s. p p

Так как скорость ротора ( s), то МДС F s при любых значениях скольжения s будет перемещаться в пространстве (относительно неподвижного статора) с угловой скоростью

s ( s) .

С такой же скоростью перемещается в пространстве МДС F

обмотки статора при протекании по ней тока с частотой сети. Следовательно, при любом значении скольжения МДС статора и ротора неподвижны относительно друг друга и будут создавать результирую-

щую МДС F0 :

F F F

откуда следует, что замена вращающегося ротора эквивалентным неподвижным не нарушает магнитное состояние машины. Таким образом, для перехода к эквивалентному неподвижному ротору следует у

для чего в его цепь вводится добавочное сопротивление rд , равное:

s r s .

Асинхронная машина с эквивалентным неподвижным ротором в электрическом отношении будет подобна трансформатору, работающему на чисто активную нагрузку.

Полная мощность, поглощаемая в эквивалентном неподвижном роторе

Pэм m I r . s

Эта мощность передается из статора в ротор электромагнитным