39

2. Рабочие процессы асинхронных машин

А. НЕПОДВИЖНЫЙ РОТОР

2.1 Эдс обмоток

При неподвижном роторе асинхронная машина подобна трансформатору, но отличается от него распределенными обмотками статора и ротора и наличием воздушного зазора. Физическая сущность процессов имеет ряд сходных положений. Рассмотрение предельных режимов – холостого хода и короткого замыкания – в машине с заторможенным ротором преследует цель распространить представление об асинхронной машине как о трансформаторе также и на машину с вращающимся ротором.

Пусть ротор асинхронной машины разомкнут и неподвижен, а статорная обмотка включена в сеть с напряжением U₁ и частотой f₁. В этом случае асинхронная машина представляет собой трансформатор при холостом ходе. Первичной обмоткой является статорная обмотка, а вторичной – обмотка неподвижного ротора. Под действием напряжения U₁ по обмотке статора протекает ток холостого хода I₀. Образуемая этим током МДС F₀ создает поток, одна часть которого Ф₀ сцеплена с обмотками обеих частей машины (основной поток), а другая часть (поток рассеяния) Ф_1  только с обмоткой статора (рис. 2.1). При числе пар полюсов машины – частота вращения n₁ МДС F₀ и соответственно потока Ф₀ определяется по формуле (1.4): n₁ = f₁/р. Основной поток при неподвижном роторе создает в обмотках статора и ротора ЭДС, определяемые по формулам:

, (2.1)

. (2.2)

Поток рассеяния создает в обмотке статора ЭДС рассеяния:

, (2.3)

где х₁  индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.

На активном сопротивлении обмотки статора при протекании тока происходит падение напряжения . Таким образом, как и в случае трансформатора, уравнение напряжений статорной обмотки асинхронной машины представим в виде

. (2.4)

С учетом выражения (2.4) относительно напряжения

. (2.5)

Уравнение напряжений статорной обмотки асинхронной машины повторяет аналогичное уравнение первичной обмотки трансформатора. Отличие этих уравнений заключается в величине тока холостого хода. В асинхронной машине между статором и ротором имеется воздушный зазор и для проведения через него магнитного потока требуется большей величины МДС ( ). Поэтому ток холостого хода асинхронной машины обычно составляет от 20 до 50 % от I_H, что значительно больше тока холостого хода трансформатора (от 1 до 8 % от I_H). Выше падение напряжения в обмотке статора асинхронной машины в сравнении с обмоткой трансформатора.

Потери мощности при холостом ходе асинхронной машины с неподвижным ротором больше, чем в трансформаторе. Они складываются из потерь электрических в обмотке статора:

р_ЭЛ0 = (2.6)

и магнитных потерь в магнитопроводе статора и ротора: . На покрытие этих потерь машиной потребляется из сети мощность

. (2.7)

Потребляемой активной мощностью определяется активная составляющая тока холостого хода:

. (2.8)

По сравнению с реактивной составляющей , идущей на создание основного магнитного потока, активная составляющая тока холостого хода не велика и угол φ₀ = 7080, а соответственно коэффициент мощности , что выше, чем у трансформатора. Для уменьшения тока холостого хода в асинхронных двигателях выполняют минимально возможные по соображениям конструкции и технологии зазоры (не более 0,35 мм у машин мощностью 1015 кВт). Токи холостого хода трехфазной машины образуют симметричную систему, так как магнитные сопротивления на пути всех трехфазных потоков одинаковы. По форме ток холостого хода близок к синусоиде, так как при наличии большого воздушного зазора третьи гармонические тока и соответственно потока не велики.