Лекция № 8

Асинхронные машины

Вращающееся магнитное поле 3ф системы токов

а)

б)

На рис. а) изображен стальной цилиндр, набранный из листовой электротехнической стали с внутренними пазами под углом 120° друг к другу.

В пазах расположены три обмотки, начала которых подсоединены к сети 3ф переменного тока, а концы объединены в общую точку. Положительное направление токов от начала к концам обмоток. Синусоидальные токи I_A;I_B;I_C создают намагничивающие силы F_A; F_B; F_C , вектора которых совпадают с осью соответствующих обмоток. Направление и величину этих пульсирующих н.с. легко определить с помощью временной диаграммы фазных токов на рис б).

На рис а) результирующая н.с. и ее составляющие ; ; показаны для момента времени t₁ (рис б). Из рис б) легко видно, что:

=I_mW; = = - 1/2 I_mW ; = + + =3/2 I_mW

По аналогии для моментов времени t₂;t₃ и т.д. Значение результирующий н.с. =3/2 I_mW.Однако для t₂ и t₃ будет совпадать с осью обмоток фаз В и С, а , следовательно, будет поворачиваться по часовой стрелке, т.е. поле будет вращаться.

На рис а) для времени t₂ и t₃ вектор показан пунктиром. Это поле является двухполюсным, т.к. из одной части (полюса) N магнитные силовые линии выходят, а в другую часть (полюс) S­ – входят. Полюса перемещаются в пространстве непрерывно. За 1 период поле делает 1 оборот. Скорость вращения его n₀=60f₁=60*50=3000 об/мин. Направление вращения поля совпадает с порядком чередования фаз А→В→С. Изменив порядок чередования фаз (поменять зажимы двух фаз) изменим направление вращения поля.

Общая формула скорости вращения магнитного поля n₀= , где f – частота сети, r – число пар полюсов обмоток; 2r – число полюсов.

Изменяя f изменяем плавно n₀; увеличивая r(от 1, 2,3…n) уменьшаем дискретно n₀. Увеличение r достигается увеличением числа обмоток.

Устройство асинхронного двигателя(АД)

Рассмотренное выше возбуждение вращающегося магнитного поля используется в АД.

АД состоит из: статора (неподвижная часть), ротора (вращающаяся часть), корпуса. Корпус выполняется из стали, чугуна или алюминия. По нему магнитный поток не замыкается. Статор представляет собой цилиндр из штампованных листов электротехнической стали. В пазах цилиндра расположены обмотки, питаемая от сети переменного 3ф тока. Внутри статора расположен ротор, набранный из листов электротехнической стали. На поверхности ротора пазы, в которых расположена обмотка. АД бывают с фазным (вкладывается обмотка в пазы) ротором и с К.З. ротором (в пазы заливается цветной металл, застывшие стержни по торцам ротора замыкаются кольцами (по типу беличьей клетки).Фазный ротор имеет 3ф обмотку, три конца которой присоединены к контактным кольцам расположенным на валу ротора. Через кольца в цепь ротора вводятся добавочные активные сопротивления.

Принцип действия АД: под действием приложенного к обмоткам статора U_сети по ним протекают фазные токи, создающие магнитный поток (вращающееся магнитное поле). Этот поток, пересекая обмотку ротора, наводит в ней эдс ротора, под действием которой по обмотке ротора протекают токи, создающие магнитное поле ротора. Взаимодействие полей статора и ротора обеспечивает вращение ротора АД. (Подробно устройство АД проработать самостоятельно). Т.е. происходит преобразование электроэнергии, потребляемой из сети в механическую на валу АД.

Режимы ХХ и ИХХ АД.

Приведение рабочего режима АД с вращающимся ротором к неизв.

Рассмотрим АД с фазным ротором, обмотка которого разомкнута, а статорная обмотка подключена к сети переменного 3ф тока. Магнитное поле статора со скоростью n₀ пересекает витки ротора и наводит в них эдс. При этом I_р= 0;М_вр=0;n=0 (число оборотов ротора). Частота эдс в неподвижной разомкнутой обмотке ротора определяется f_н= = =f₁, т.е. равна частоте сети. Как у тр-ра, и нет преобразования эл. энергии в неэлектрическую. В этом отличие от АД с вращающимся ротором, где есть преобразование.

Если замкнуть обмотку ротора накоротко (или через добавочное активное сопротивление), то ротор АД будет вращаться со скоростью n<n₀ (из-за механических потерь (подшипники, вентилятор)). Это будет режим ХХ (отсутствие нагрузки на валу). Неравенство скоростей вращения ротора и поля статора, т.е. асинхронность, и лежит в основе названия АД.

Если добавочными силами (добавочный двигатель, присоединенный к валу АД, или масса электропоезда, движущегося под уклон) достичь скорости вращения ротора АД равной n₀, т.е. n=n₀, то получим режим ИХХ. При этом поле статора не пересекает витков ротора (синхронное вращение) и I_р=0 E_р=0. Если же подобным образом увеличим n>n₀, то АД будет отдавать эл. энергию в сеть, т.е. работать в режиме генераторного торможения (преобразует механическую энергию в электрическую и отдает в сеть, что экономически выгодно и часто используется). Отметим, что при ХХ I₁₀≈(0,2-0,4)I_1H, а у тр-в в (10-20) раз меньше. (Это объясняется большим воздушным зазором между статором и ротором). У тр-в такого зазора практически нет.