14.4.Режимы работы трехфазной асинхронной машины

Режим работы трехфазной асинхронной машины определяется ре­жимом электромагнитного взаимодействия токов в обмотках статора и ротора.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля, создаваемого то­ками в обмотках статора, с токами ротора вынуждает ротор вращаться по направлению вращения поля. Но чем быстрее вращается ротор, тем меньше индуктируемые в его обмотке ЭДС, а следовательно, и токи. Если частота вращения поля п₁ а частота вращения ротора п, то режим работы асинхронного двигателя можно характеризовать скольжением

s =.

(14.8)

На рис. 14.11 приведена зависимость частоты вращения ротора от

скольжения п (s).

В зависимости от значения скольжения трехфазная асинхронная машина может работать в режимах двигателя, генератора и электро­магнитного тормоза.

В режиме двигателя (0 < s < 1) трехфазная асинхронная машина является преобразователем электрической энергии в механическую. Ротор двигателя должен вращаться асинхронно-медленнее поля, с та­кой частотой вращения, при которой токи в обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создаваемым токами в обмотках статора, создают вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент от сил трения и нагрузки на валу.

В режиме генератора (s < 0) трехфазная асинхронная машина является преобразователем механической энергии в электрическую. Ротор генератора вращается в направлении вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора, с частотой вращения большей, чем частота вращения поля.

В режиме электромагнитного тормоза (s> 1) ротор трехфазной асинхронной машины вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля, создаваемого токами в об­мотках статора. В режиме электромагнитного тормоза в трехфазной асинхронной машине рассеивается значительная энергия в обмотках, на гистерезис и вихревые токи.

14.5. Электродвижущая сила, индуктируемая в обмотке статора

Вращающееся магнитное поле машины индуктирует в каждом из витков обмотки статора ЭДС (2.2)

е_в = — d/dt.

Так как можно считать, что нормальная составляющая индукции магнитного поля распределена по синусоидальному закону вдоль ок­ружности ротора, то потокосцепление витка при вращении поля изме­няется во времени тоже по синусоидальному закону:

= Ф_Bsint.

Это дает возможность воспользоваться для определения действую­щего значения ЭДС витка статора выражением трансформаторной ЭДС (7.2в), т. е.

Е_В = 4,44fФ_В,

однако в отличие от трансформатора здесь Ф_в обозначает не ампли­туду, а постоянное значение магнитного потока вращающегося поля, пронизывающего виток:

Ф_B = l dz = B_m,

где I — длина ротора; — ширина полюсного деления.

При определении ЭДС, индуктируемой в каждой из фазных обмо­ток машины, необходимо учесть, что эта ЭДС индуктируется не пере­менным магнитным полем, а вращающимся. Обычно необходимое число витков обмотки статора не сосредоточивается в одной катушке, каждая из сторон которой лежит в одном пазу, а делится на несколько секций, размещенных в лежащих рядом q пазах. Эти секции соединены между собой последовательно и образуют катушечную группу обмотки (см. рис. 14.1, б). Ширина зубцов сердечника статора определяет геометри­ческий центральный угол между двумя соседними пазами: = 360⁰/z;

здесь z — число зубцов сердечника статора, равное числу пазов. Вращающееся магнитное поле пересекает стороны секций неодновре­менно, что вызывает сдвиг фаз между ЭДС соседних секций катушечной группы. Угол а этого сдвига фаз больше геометрического угла вр раз:

= p=p360°/z, (14.9)

т. е. повороту 2р-полюсного поля на 360° соответствует изменение фазы индуктируемых ЭДС на р360°.

Рис 14 .12

Угол сдвига фаз называетсяэлектрическим углом. Он, так же как и геометрический угол, измеряется в градусах или радианах. Из-за сдвига фаз между ЭДС отдельных секций катушечной группы ЭДС E_1к катушечной группы меньше произведения ЭДС одного витка Е_в на число витков w_1к катушеч­ной группы:

E_1k<E_bw_1k,

так как ЭДС секций Е_с складываются, как векторы (рис. 14.12). Второй

причиной уменьшения ЭДС обмотки является часто применяемое укорочение шага обмотки, т. е. дуга между двумя сторонами витка обмотки статора берется несколько меньше полюсного деления .Это делается для уменьшения длины лобовых соединений. При таком укорочении виток статора сцепляется не со всем потоком полюса и, следовательно, в нем индуктируется соответственно меньшая ЭДС.

Уменьшение ЭДС из-за сдвига фаз между ЭДС отдельных секций и из-за укорочения шага при расчетах обмоток учитывается посредством обмоточного коэффициента k_o611. У асинхронных машин k_o6l = = 0,92 0,96.

Таким образом, ЭДС, индуктируемая вращающимся магнитным полем в каждой фазной обмотке статора, содержащей w₁ = w_1кр вит­ков, равна:

E₁ = pE_lK = w₁ k_o6lE_b = 4,44fw₁k_o6lФ_В. (14.10)

Отметим, что понятия обмоточного коэффициента и электрического угла относятся не только к асинхронным машинам, а ко всем элект­рическим машинам и устройствам, в которых при работе возникает вращающееся магнитное поле в той или иной фюрме.