Асинхронные машины

2.1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Слово асинхронно означает неодновременное вращение поля статора и ротора.

Асинхронные машины самые распространенные, так как они являются наиболее простыми и надежными в эксплуатации. Асинхронная машина была изобретена М.О. Доливо-Добровольским и она была настолько совершенной, что до сих пор существенного изменения не получила.

Асинхронная машина имеет две главных части:

1) статор – неподвижная часть машины;

2) ротор – подвижная часть машины.

1. Статор представляет собой магнитопровод выполненный из листов электротехнической стали в виде полого цилиндра. Внутри этот цилиндр зубчатый, т.е. имеет выступы и пазы, в которые укладывается обмотка, предназначенная для создания вращающего магнитного поля. Обмотка состоит из 3-х фаз, оси которых сдвинуты на 120.

2. Ротор - вращающаяся часть, как правило, переменного тока машины — обычно цилиндрическое тело с пазами для размещения обмотки

2.1.2 Принцип действия асинхронного двигателя

П ри включении обмотки статора в сеть, создается вращающееся магнитное поле. Это поле пересекая обмотку ротора наводит в ней ЭДС. Под действием этой ЭДС по обмотке будет протекать ток. Этот ток будет взаимодействовать с магнитным потоком. Взаимодействие вращающего магнитного поля статора с током в роторе создает вращающий момент, за счет которого ротор будет вращаться в ту же сторону, что и поле, но с небольшим отставанием.

При вращении поля n₁ в проводнике ротора наведется ЭДС направленная к нам (правило правой руки). Ток в проводнике также будет направлен к нам. По правилу левой руки проводник с током попал в магнитное поле на него будет действовать сила f, под действием которой ротор будет вращаться в туже сторону, что и магнитное поле статора.

На рисунке n₁ – скорость магнитного поля статора; n – скорость ротора; S – скольжение.

Для двигателей обычной серии номинальное скольжение S_н = 0,02  0,05 Скольжение зависит от нагрузки. Чем больше нагрузка (n), тем больше скольжение.

По конструкции ротора асинхронные машины делятся:

1. Асинхронная машина с фазным ротором

1. обмотки

2. контурные кольца

3. щетки

4. сопротивления

2. Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором

2.2 Электродвижущая сила (эдс) обмотки машин переменного тока

Э ДС фазы проследим по следующей структуре: проводник – виток - катушка - катушечная группа – фаза.

Определим ЭДС проводника и витка с полным шагом y = .

При этом, так как проводники находятся в одинаковых магнитных условиях, то ЭДС витка будет равна арифметической сумме (см. рис.).

ЭДС проводника

. , ,

Действующее значение ЭДС проводника

2. ЭДС витка с полным шагом

3. ЭДС витка с укороченным шагом

Если виток имеет шаг y <, то проводники витка расположены в разных магнитных условиях. Поэтому для определения ЭДС витка необходимо геометрически сложить ЭДС этих проводников.

,  - 180, откуда , тогда

y - ,

4. Определение ЭДС катушки

Витки катушки лежат в одних пазах, поэтому ЭДС катушки равна ЭДС одного витка на число витков в катушке.

5. Определение ЭДС катушечной группы

Е сли бы обмотка была сосредоточенной, т.е. катушки были расположены в одних пазах, то ЭДС катушечной группы определялась бы как произведение ЭДС катушки на число катушек в катушечной группе, т.е. E_kq (см. рис.) q = 3.

В распределенных обмотках катушки расположены в разных пазах, то для определения ЭДС катушечной группы необходимо геометрически сложить ЭДС каждой катушки, т.е. E_г < E_kq

. (Зная К_р, определим E_г).

 - электрический угол сдвига ЭДС соседних пазов.

В электрической машине необходимо различать пространственный и электрический угол.

Одной электрической окружности соответствует - 360 эл. т.е. (2, Р). Например, если машина имеет число полюсов 2Р = 4, Р = 2, то в одной пространственной окружности две электрических. В общем случае, если машина имеет Р пар полюсов, то в одной пространственной окружности Р электрических и электрический угол  = _прР.

Пример. 2Р = 4, Р = 2 получим в одной пространственной окружности две электрических.

Определение коэффициента распределения - К_р.

- ЭДС катушечной группы

ЭДС катушки , запишем отношение

, тогда коэффициент распределения

; - ЭДС катушечной группы.

6. Определение ЭДС фазы.

Фаза состоит из нескольких катушечных групп, все катушечные группы расположены в одинаковых магнитных условиях, поэтому ЭДС фазы будет равна ЭДС катушечной группы умноженной на число их в фазе.

Если обмотка однослойная, то число катушечных групп в фазе равно числу пар полюсов – Р,

Если обмотка двухслойная, то число катушечных групп в фазе равно числу полюсов – 2Р

, перепишем иначе

, К₀ = К_у  К_р

где W – число витков в фазе;

К₀ - обмоточный коэффициент;

Ф – магнитный поток в веберах;

ФКу – максимально сцепленный поток с катушкой.

Это выражение ЭДС фазы для первой гармоники.

ЭДС от высших гармоник потока

В общем случае кривая магнитного потока на полюс несинусоидальна. Если ее разложить, то кроме первой гармоники будут гармоники высшего порядка.

ЭДС от потока  гармоники запишется

полюсное деление , а число полюсов .

1. (для генератора)

2. 

3. . ,

Если укорочение , то исчезнет пятая гармоника ЭДС

, ,

уменьшатся и 3 и 7 гармоники.

Пояснение, почему исчезает пятая гармоника ЭДС. Укорочение на 1/5 приводит к тому, что по контуру Е₅ направлены встречно и их сумма равна 0.

Укорочение шага приводит к исчезновению пятой гармоники, третья гармоника уменьшается на половину, отсюда видно, что укорочение шага приводит к тому, что кривая ЭДС приближается к синусоиде и

он также меньше, чем для основной гармоники ЭДС.

Теперь можно подсчитать фазную ЭДС любой гармоники. Если обмотки соединены звездой, то в кривой линейных ЭДС – ЭДС кратным 3-м не будет. Если обмотки соединены в треугольник, то в линейных ЭДС их также не будет, т.к. они замкнутся по контуру.