11.3. Принцип и режимы работы ад
При
питании обмотки статора трехфазным
током создается вращающее магнитное
поле, синхронная частота которого равна
.
Вращающее магнитное поле пересекает
стержни обмотки ротора и индуцирует в
них ЭДС.
Направление ЭДС определяется по правилу правой руки при вращении магнитного потока Ф по часовой стрелки. Под действием ЭДС в стержнях КЗ обмотки ротора протекают токи. Активные составляющие токов совпадают по фазе с ЭДС.
На
стержни с током, расположенных в магнитном
поле, действуют электромагнитные силы.
Направление электромагнитных сил
определяется по правилу левой руки.
Суммарное усилие
,
приложенное ко всем стержням ротора,
образует электромагнитный момент М,
увлекающий ротор за вращающимся магнитным
полем. Ротор приходит во вращение.
Установившаяся частота вращения ротора
соответствует равенству электромагнитного
момента тормозному моменту. Такой режим
работы асинхронной машины является
двигательным.
Рис. 5. Двигательный режим АД
В
двигательном режиме
,
а относительная разность частот вращения
магнитного поля
и ротора
называют скольжением
(
).
,
о.е. или в %
.
В двигательном режиме 1> s
> 0.
АД
может работать в генераторном режиме.
Если ротор АД разогнать первичным
двигателем до частоты вращения, то
изменится направление ЭДС и активной
составляющей тока в стержнях ротора и
асинхронная машина перейдет в генераторный
режим. При
этом изменит свое направление и
электромагнитный момент, который станет
тормозным. В генераторном режиме АД
получает механическую энергию от
первичного двигателя, превращает ее в
электрическую энергию и отдает в сеть,
потребляя из сети реактивную энергию.
При этом скольжение
.
Рис. 5. Режимы работы АД: а) генераторный;
б) электромагнитного тормоза
Режим
электромагнитного торможения – это
третий режим работы АД. Если изменить
направление вращения ротора так, чтобы
ротор и магнитное поле вращались в
противоположных направлениях, то
направления ЭДС и активных составляющих
тока в стержнях будут соответствовать
направлениям двигательного режима. В
отличие от двигательного режима,
электромагнитный момент направлен
против направления вращения ротора и
является тормозящим. Так как ротор
вращается в обратном направлении
магнитного поля, то в режиме электромагнитного
торможения
и
.
Двигатель будет потреблять из сети
активную мощность.
Характерная особенность асинхронной машины – наличие скольжения, т.е. неравенство частот вращения и . Только при указанном условии в стержнях ротора будет индуцироваться ЭДС и возникает электромагнитный момент. Поэтому машину называют асинхронной.
11.4. Математическая модель АД в форме схемы замещения
Для анализа работы АД используются схемы замещения АД. При этом осуществляется приведение вторичных обмоток (обмоток ротора) к первичной обмотке (к обмотке статора). АД, обмотка ротора которого приведена к обмотке статора, называется «приведенным». Приведение обмоток позволяет:
1). Упростить основные уравнения АД;
2). Построить Т или Г- образные схемы замещения АД;
3). Упростить расчеты рабочих и пусковых характеристик АД;
4). Упростить построение векторных и круговых диаграмм АД.
Приведение параметров АД осуществляется на основе формул приведения и заключается в пересчете параметров обмотки ротора на число фаз и число витков обмотки статора. При этом в «приведенном» АД энергетические соотношения идентичны реальному АД, т.е. выполняется закон сохранения энергии. Приведение напряжения, тока, сопротивлений вторичной обмотки осуществляется по формулам:
Для
асинхронной машины коэффициент приведения
напряжения равен коэффициенту
трансформации и рассчитываются по
формуле
или
.
Для
короткозамкнутой обмотки ротора АД при
числе пазов ротора
принимается, что
.
Коэффициент приведения тока определяется из равенства электромагнитных мощностей реальной и приведенной вторичной обмотки
и
рассчитывается по формуле
.
Коэффициент
приведения сопротивлений определяется
из равенства активных потерь реальной
и приведенной обмотки
и
рассчитывается по формуле
.
Асинхронная
машина при заторможенном роторе (пуск
АД) характеризуется скольжением
=1.
Частота ЭДС обмотки ротора
.
Асинхронная машина (АМ) при заторможенном
роторе аналогична трансформатору, если
в цепь обмотки ротора включить
сопротивление нагрузки Zн.
Векторная диаграмма, основные уравнения, схема замещения АМ с заторможенным ротором аналогичны диаграмме и основным уравнениям и схеме замещения трансформатора.
Рис. 6. Векторные диаграммы при s=1
На векторных диаграммах при s=1 в общем случае ток холостого хода содержит активную и реактивную составляющие. Активная составляющая тока обусловлена магнитными потерями в железе и электрическими потерями в обмотке статора от тока ХХ. Реактивная составляющая тока идет на создание магнитного потока Фm и совпадает с ним по фазе. Магнитный поток Фm наводит в обмотках ЭДС. ЭДС отстают от магнитного потока Фm на угол в 90 градусов.