pdf.php@id=6159.pdf

составляет 0,4—0,5 мм, а в машинах большой мощности — не­ сколько миллиметров.

Асинхронные машины, как правило, охлаждаются воздухом. Системы вентиляции в принципе являются такими же, как и у ма­ шин постоянного тока (см. § 8-5).

Вращающееся магнитное поле. На рис. 19-5 представлены попе­ речные разрезы двухполюсного (2р — 2) асинхронного двигателя и показан характер магнитного поля статора для двух моментов времени.

На рис. 19-5 изображена простейшая обмотка статора, когда каждая фаза состоит из одного витка или двух проводников (1-я

угол по окружности статора 360° эл. Начала фаз А, В, С сдвинуты относительно друг друга на 120° эл., что в данном случае составляет треть окружности.

На рис. 19-5, в показаны направления токов в проводниках обмотки статора для момента времени, когда /„ = / в и ц = 1С—

== — ^1т. Токи фаз на рис. 19-5 считаются положительными, когда

они в началах фаз (проводники А, В, С) направлены за плоскость чертежа. На рис. 19-5, б показаны направления токов для момента времени, когда фазы токов изменились на 30° и

статора составляет две ЗОНЬ}, каждая Величиной т, причем направ­

1 Согласно ГОСТ 183—66, начала фаз обмоток статора обозначаются С |,С г>Сз, их концы — соответственно С4, Сь, С$, а начала ф аз обмоток ротора — Р±, Р3>Р3. В данной книге в методических целях начала трехфазных обмоток всюду обозна­ чаются А , В , С или а , Ь, с, а концы — соответственно X , У, Ъ или х, у , г.

ления токов в этих зонах противоположны. В нижней части рис. 19-5 изображены кривые распределения токов вдоль развернутого ста­ тора.

Токи проводников обмотки статора двухполюсной машины создают, как следует из рис. 19-5, двухполюсный магнитный поток

Фх, проходящий через статор, ротор и воздушный зазор между ними. Из сравнения рис. 19-5, а и б видно, что при изменении фазы токов на 30° кривая распределения токов и магнитный поток пово­ рачиваются в направлении следования фаз также на 30° эл.

Ось витка (обмотки) фазы А на рис. 19-5 направлена горизон­ тально, и ось магнитного потока при 1а = 1т (рис. 19-5, а) также направлена горизонтально. Ясно, что если фаза токов по сравнению с рис. 19-5, а изменится на 120° и поэтому будет = 1т, то магнит­ ный поток будет направлен по оси фазы В, т. е. повернется на 120° эл. В момент времени, когда 1С= / т , ось магнитного потока совпадает с осью фазы С и т. д.

Таким образом, обмотка статора двухполюсной машины при питании ее трехфазным током создает двухполюсное вращающееся магнитное поле.

При этом за один период изменения тока поле поворачивается на 2 т или 360° эл.

Скорость вращения поля

п1 = к об/сек,

где — частота тока статора.

Магнитное поле вращается в направлении чередования фаз А, В, С обмотки статора. Для изменения направления вращения

является вращающимся и за один период тока поворачивается тоже на 2т или в данном случае на

половину окружности, вследствие чего скорость поля

«1 = 4-, об/сек.

и магнитное поле с р парами полюсов. Магнитное поле вращается со скоростью

Линейная окружная скорость вращения поля вдоль окружности статора

При стандартной в СССР частоте промышленного тока / = 50 гц получаются скорости вращения поля, указанные в табл. 19-1.

Таблица 19-1

При конструировании обмоток переменного тока стремятся к тому (см. гл. 21), чтобы распределение индукции вращающегося поля в воздушном зазоре вдоль окружности было по возможности ближе к синусоидальному.

Ниже в данной главе будет предполагать, что это распределен ление является синусоидальным.

Принцип действия асинхронной машины. Магнитный поток Ф1( создаваемый обмоткой статора (рис. 19-5 и 19-6), при своем вращении пересекает проводники обмотки ротора, индуктирует в них э. д. с. еи , и если обмотка ротора замкнута, то в ней возникают токи 12, частота которых /2 при неподвижном роторе (л = 0) равна первичной частоте Д.

Если обмотка ротора является трехфазной, то в ней индукти­ руется трехфазных ток. Этот ток создает вращающийся поток ро­ тора Ф2, число полюсов 2 р, направление и скорость вращения которого при п = 0

= ^ = л 1, об/сек

такие же, как и у потока статора. Поэтому потоки Фх н Ф2 вра­ щаются синхронно и образуют общий вращающийся поток двига­ теля Ф. При короткозамкнутом роторе в его стержнях индукти­ руется многофазная система токов ^ со сдвигом в соседних стержнях по фазе на угол

2яр 2 , '

где — число стержней ротора. Эти токи также создают вра­ щающийся поток Ф2, число полюсов, направление и скорость вращения которого являются такими же, как и у потока фазного ротора. Поэтому и в данном случае в двигателе образуется общий магнитный поток Ф. Ввиду существования общего вращающе­ гося магнитного поля можно рассматривать э. д. с., индуктиру­ емые в обмотках этим полем.

Врезультате взаимодействия токов ротора с потоком возникают действующие на проводники ротора механические силы Р и вращаю­ щий электромагнитный момент М.

Вверхней части рис. 19-7 пока­

Отсюда следует, что вращающий момент создается только активной составляющей тока ротора

= / а С08

Этот вывод имеет общий характер и справедлив также для дру­ гих видов машин переменного тока.

Цепь ротора асинхронного двигателя всегда обладает опреде­ ленным активным сопротивлением, и поэтому при пуске двигателя (п = 0) всегда 0 < < 90°. В результате развиваемый момент М > 0, и если он больше статического тормозного момента на валу, то ротор двигателя придет во вращение в направлении вращения поля с некоторой скоростью п < пи т. е. будет вращаться с некоторым отставанием, или скольжением, относительно поля статора.

Относительная разность скоростей вращения поля и ротора

Скорость ротора л, выраженная через скольжение 8, согласно

ротора синхронного с полем статора или, как говорят, с синхронной скоростью (я = Пх) будет 8 = 0 . При я = % магнитное поле ста­ тора относительно ротора неподвижно и токи в роторе индукти­ роваться не будут, поэтому М = 0 и такой скорости вращения двигатель достичь не может. Вследствие этого в режиме двигателя всегда 0 < я < Ях и 1 > 8 > 0 .

При вращении ротора в сторону поля частота пересечения полем проводников ротора пропорциональна разности скоростей

Подставив сюда значение я из формулы (19-7) и затем значение пг из (19-2), получим

т. е. вторичная частота пропорциональна скольжению.

При частоте тока /2 < п скорость вращения поля ротора отно­ сительно самого ротора л2р также меньше пх и на основании выра­ жения (19-9)

Скорость вращения поля ротора относительно статора в соот­ ветствии с выражениями (19-7) и (19-10)

т. е. скорость вращения поля ротора относительно статора при любой скорости вращения ротора п равна скорости вращения поля статора п^. Поэтому поля статора и ротора при вращающемся роторе также вращаются всегда синхронно и образуют общее вращающееся поле.

Отметим, что представленная на рис. 19-7 картина направлений токов и механических сил действительна и при вращении ротора, когда 0 < п < п г (двигательный режим).

Если ротор асинхронной машины с помощью внешней силы (вращающего момента) привести во вращение в направлении вра­ щения поля статора со скоростью выше синхронной (п > п^), то ротор будет обгонять поле и направления индуктируемых в 015мотке ротора токов по сравнению с изображенными на рис. 19-7 изменяется на обратные. При этом изменяется на обратные также направления электромагнитных сил Р и электромагнитного момента М. Момент М при этом будет тормозящим, а машина будет рабо­ тать в режиме генератора и отдавать активную мощность в сеть. Согласно выражению (19-6), в режиме генератора з < 0.

Если ротор вращать в направлении, обратном направлению вращения поля статора (п < 0), то указанные на рис. 19-7 направ­ ления е2, /а и Р сохраняется. Электромагнитный момент М будет действовать в направлении вращения поля статора, но будет тор­ мозить вращение ротора. Этот режим работы асинхронной машины

Более подробно режимы работы асинхронной машины рас­ сматриваются в последующем разделе. Здесь, однако, надо отме­ тить, что соотношение (19-11), как нетрудно усмотреть, сохраняется при любом режиме работы, при любом значении з, т. е. поля статора и ротора вращаются синхронно в любом режиме работы асинхрон­ ной машины.

§ 19-3. Устройство и принцип действия синхронной машины

Устройство и принцип действия. Статор синхронной машины (рис. 19-8) имеет такое же устройство, как и статор асинхронной машины. Трехфазная или в общем случае т-фазная обмотка статора синхронной машины выполняется с таким же числом полюсов, как и ротор, и называется также обмоткой якоря. Сердечник статора

вместе с обметкой называется также якорем. На рис. 19-8 условно показаны только выводные концы А, В, С обмотки статора.

Ротор синхронной машины имеет обмотку; возбуждения, пита­ емую Через два контактных кольца и щетки постоянным током от постороннего источника. В качестве источника чаще всего служит генератор постоянного тока относительно небольшой мощности (0,3—3,0% от мощности синхронной машины), который называется возбудителем и устанавливается обычно на одном валу с синхронной

Рис. 19-8. Принцип устройства явнополюсной (а) и неявнопо­ люсной (б) синхронной машины

1 — статор (якорь), 2 — ротор (индуктор), Я — обмотка возбуждения

машиной. Назначение обмотки возбуждения — создание в машине первичного магнитного полд. Ротвр Вместе со своей обмоткой возбуждения называется также индуктором. При изготовлении синхронных машин принимаются меры к тому, чтобы распределение индукции поля возбуждения вдоль окружности статора было по возможности близко к синусоидальному.

Если ротор синхронной машины -(рис. 19-8) привести во вра­

э. д. с., и при подключении к обмотке статора симметричной на­ грузки эта обмотка нагрузится симмметричной системой токов. Машина при этом будет работать в режиме генератора.

Рис. 19-9. Ротор и ста­ тор синхронногодвига­ теля типаДСЗ-21-21-16