3.4 Влияние на механическую характеристику высших гармоник магнитного поля

Магнитное поле в воздушном зазоре асинхронной машины несинусоидальное. В нем, кроме основной гармонической, существует бесконечно большое число высших гармоник поля, которые принято разделять на пространственные и временные.

Пространственные гармоники появляются вследствие несинусоидальности распределения МДС в воздушном зазоре, обусловленной дискретным расположением проводников обмотки в пазах, и неравномерности самого воздушного зазора, вызванного наличием зубцов на статоре и роторе и рядом технологических факторов (эксцентричностью ротора и статора, конусностью ротора, эллипсностью зазора и др.).

От основной гармоники поля высшие пространственные гармоники отличаются тем, что у них значительно меньшая амплитуда, другое число периодов и другие частоты вращения.

Высшие пространственные гармоники создают ряд добавочных моментов, действующих на ротор и оказывающих влияние на механическую характеристику двигателя. Эти моменты подразделяют на асинхронные, синхронные, вибрационные и реактивные.

Указанные моменты проявляются наиболее сильно при скольжениях, близких к единице, т. е. при пуске и торможении двигателя. Причина этого заключается, во-первых, в том, что при токи велики. Во-вторых, высшие гармоники поля вращаются медленно и синхронная частота вращения ротора для них мала, а моменты достигают максимальных значений вблизи их синхронной частоты вращения. Синхронная частота вращения любой гармонической -го порядка ,

так как частота изменения гармоники МДС любого порядка равна частоте питающего тока, а число пар полюсов данной гармоники соответствует ее порядку. Знак «+» относится к гармоническим поля, вращающимся согласно с основной (седьмая, тринадцатая), знак «–»  к гармоникам, вращающим против основной (пятая, одиннадцатая).

Частоте соответствует скольжение: .

При синхронном вращении ротора и -й гармонической поля, когда , никаких токов в роторе от -й гармонической поля наводиться не может и момент от -й гармоники равен нулю. Пока ротор развертывается от неподвижного состояния ( ) до частоты вращения, определяемой , и его скольжение , поле -й гармоники, вращающееся в том же направлении, что и ротора, но с большей, чем у него, частотой вращения, создает тянущее усилие.

Когда частота вращения ротора превосходит частоту вращения -й гармонической поля ( ), поле этой гармонической действует на ротор затормаживающе.

В машине с об/мин частота вращения 7-й гармоники

об/мин

а соответствующее ей скольжение

.

Следовательно, седьмая гармоника поля:

1) до частоты вращения ротора об/мин ( ), вращаясь быстрее ротора, способствует его разгону;

2) при об/мин ( ) она неподвижна относительно ротора и ;

3) при об/мин ( ) частота вращения седьмой гармоники поля меньше частоты вращения ротора, момент от седьмой гармоники – тормозящий (кривая 2, рис. 3.5).

Аналогично для 5-й гармоники поля, вращающейся против основной,

об/мин и .

Момент от 5-й гармонической показан кривой 3 на рис. 4.5. Результирующий момент (кривая 4, рис. 4.5) определяют сложением моментов . Провал в кривой результирующего момента в начале разгона двигателя может привести к устойчивой работе на весьма малой частоте вращения (точка а, на рис. 4.5, которая соответствует равенству результирующего момента и полезного момента на валу двигателя). Для уменьшения моментов от высших гармонических магнитного поля в машинах применяют распределенные обмотки с укороченным шагом, что приближает кривую МДС к синусоидальной форме. При пуске опасными является действие прямых гармоник магнитного поля, а при торможении – обратных. Вследствие изложенного моменты от высших гармоник поля называют паразитными. Отношение минимального момента в процессе пуска к номинальному для двигателей общепромышленных серий не должно быть меньше 0,8.