Мороз_Электротехника

104

лежит в диаметральной плоскости (начало и конец обмотки расположены на концах диаметра).

На рис.10.4 показана полярность токов и картина магнитного

когда мгновенное значение тока i A в фазе А максимально и ток направлен от начала фазы к ее концу. Мгновенные токи в остальных двух фазах в этот момент времени буд ут отрицательны, и их поляр ность поменяется на обратную, т . е . токи буд ут направлены от кон цов фаз к их началам (рис.10.4).

Как видно из рис.10.4 магнитное поле та кой обмотки имеет два полюса N и S, а число пар полюсов P =1. Если фазные обмотки статора выполнить таким, образом, чтобы начала и концы их располагались не на концах диаметра, а на четверти окружности (рис.10.5), тогда каждая фаза будет иметь по две

этих токов. Как видно из рис.10.5, магнитное поле стало четырехполюсным и число пар полюсов P =2. Меняя конфигурацию стато рной обмотки, можно сделать P=3,4,5.

При стандартной частоте f1 =50 Гц скорость вращения магнит - ного поля машины в зависимости от числа пар полюсов следующая:

Скорость вращения асинхронного двигателя определяется скоростью вращения магнитного поля.

Вращающееся магнитное поле пересекает обмотку ротора и на

водит в проводниках его по закону электромагнитной индукции ЭДС, направление которой можно определить п о правилу "правой руки''. При этом следует учитывать, что движение магнитного поля относи тельно проводника равносильно вращению проводника в противополож ном направлении.

ЭДС, индуктированная в короткозамкнутых проводниках ротора, вызывает в них ток. В ре зультате взаимодействия этого тока с магнитным полем возникают электромагнитные силы,

104

105

действующие на ротор. Направление этих сил определяется по правилу "левой руки".

Электромагнитные силы, приложенные к неподвижному ротору, создают вращающий момент, под д ействием которого ротор начинает вращаться в направлении вращения магнитного поля машины.

3.10. Скольжение

Скорость вращения ротора асинхронного двигателя n2 , обладающего значительной массой, всегда меньше скорости вращения магнитного П О Л Я n1 статора.

Разность скорости вращения магнитного поля статора и скорости враще ния ротора называется скоростью скольжения

магнитного поля n1 называется скольжением

(10.2)

Скольжение выражается в относительных единицах или в про - центах.

При пуске асинхронного двигателя, когда скорость ротора n2 =0, скольжение

Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меня ется незначительно (1 -6 %), чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.

3.11. Частота тока в роторе

105

106

Частота тока в статоре определяется частотой тока сети, к которой подключается электродвигатель. Так как в асинхронном двигателе скорость вра щения ротора меньше скорости вращения магнитного поля, то последнее, пересе кая обмотку ротора с частотой

3.12.Электродвижущие силы в обмотк ах статора.

Работа асинхронного двигателя, как и трансформатора, основана на индукционном принципе с той лишь разницей, что у асинхрон ного двигателя есть вращающаяся обмотка (ротор), а обмотки трансформатора неподвижны. Поэтому асинхронные

двигатели на зывают иногда индукционными.

Как и в трансформаторе, в асинхронном двигателе имеются о с новной (рабочий) магнитный поток Ф , пронизывающий

ЭДС в статоре и в роторе и передает ротору электромагнитную энергию, полученную статором из сети. Потоки рассеяния не участвуют в переда че электрической энергии от статора к

106

107

ротору, они замыкаются в отдельности только вокруг обмотки

статора 1P и обмотки ротора 2 P , наводя в них ЭДС рассеяния

E1P и E2P .

Наведенные потоками рассеяния ЭДС E1P и E2P по закону Ленца противодействуют изменениям то ков статора I1 и ротора

I 2 и для нейтрализации их в напряжении статора и ротора должны быть составляющие, компенсирующие их действие: для

2 угловая частота тока ротора

L1 p , L2P -индуктивность обмотки статора и ротора.

На рис.10.7 приведена электрическая схема цепи статор а асинхронного двигателя. На ней показано положительное направление ЭДС, индуктируемой в обмотке статора основным потоком . По второму закону Кирхгофа для схемы (рис.10.7)

107

108

108

109

Рис. 10.7.

Статорная фазная обмотка состоит обычно из нескольких секций, которые располагаются в соседних пазах, сдвинутых по окружности. Поэтому ЭДС одной секции будут сдвинуты по фазе на некоторый yгол по отношению к ЭДС другой секции, а суммарная ЭДС фазной обмотки будет равна геометрической сумме:

В трансформаторе в отличие от асинхронного двигателя ЭДС равна арифметической сумме витковых ЭДС. Из векторной диаграммы (рис.10.8) видно, что сумма рная ЭДС E меньше арифметической суммы отдельных ЭДС, это в расчетах учитывается обмоточным коэффициентом

(10.6)

который всегда меньше единиц ы( К01 =0,92-0,96).

С учетом обмоточного коэффициента действующее значение ЭДС фазы статора

E1 4.44 f1w1Фт К01

(10.7)

где Фт - амплитудное значени е основного потока; w1 -число витков одной фазы статора.

Формула (10.7) аналогична формуле для ЭДС первичной

обмотки трансформатора и отличается от нее лишь множителем

К01 .

На рис.10.9 приведена электрическая схе ма одной фазы ротора асинхронного двигателя,

109

110

где

r2 -

активное сопротивление одной фазы ротора;

X 2 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора;

E2 - ЭДС фазы ротора.

Индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки

X 2 w2 Lp2 2 f2 Lp2

где w2 - угловая частота в роторе;

Lp2 - индуктивность рассеяния роторной обмотки.

Заменяя угловую частоту в роторе частотой сети (10.8), по лучим

X 2 w2 L2 2 f2 L2 2 f1SL2 w1SL2 Sw1L2 SX2н

(10.8)

где X 2н = w1L2 - индуктивное сопротивление обмотки неподвиж - ного р о т о р а , к о г д а S=1.

По аналогии с (10.7) ЭДС одной фазы ротора

E2 4.44 f2 w2Фт К02

(10.9)

где w2 - число витков одной фазы ротора,

К02 - обмоточный коэффициент обмотки ротора;

f 2 - частота тока в роторе.

Для дальнейших исследований удобно заменить частоту f 2 частотой

f1 (10.3), тогда

E2 4.44w2Фт f1SК02 E2н S

(10.10)

110

ЭДС неподвижного ротора.

Из (10.10) видно, что ЭДС E2 в роторе пропорциональна скольжению S. Определив все величины электрической цепи ротора (рис.10. 9 ) ,напишем для нее уравнение по второму закон у Кирхгофа:

приэтомпусковойтокроторабудетв5-7разбольшеноминального.

Токвстаторебудет изменятьсяпокривой,близкойк токуротора I 2 . Этоста-

нетпонятнымизследующихрассуждений.Какив трансформаторе,основнойрабочийпотокасинхронного двигателяопределяетсянапряжением u1 (10.5)завычетом падений напряжениявсопротивлениях статорнойобмотки.

Но так как по величине эти падения

111

112

напряженияоченьмалыпосравнениюс u1 ,и,следовательно, u1 E1 , беззаметнойошибкиможно считать,чтопотокостаетсяпостояннымкакпринагрузке,такиприхолостомходе. Номагнитныйпо-

первичному;

m2 - числофазроторнойобмотки.

следовательно, кривая изменения роторного тока (рис.10.10) одновременно может служить также графиком изменениястаторноготока.

сопротивление цепи ротора, зависящее от скольжения .

Следует несколько подробнее остановиться на переменном

сопротивлении rS , зависящем от скольжения. При пуске двигателя, когда ротор еще неподвижен и работа двигателем не производится S=1

112

113

сопротивление 1 S S r2 равно нулю 1 S S r2 =0. Сопротивление это велико в случае холостого хода идеального двига теля, когда

S 0 и работа двигателем также не производится.

Во всех остальных промежуточных случаях, когда 0< S<1, двигатель производит о пределенную работу, сопротивление при

этом 1 S S r2 является конечной величиной, и можно сказать, что оно характеризует степень механической нагрузки на валу двигателя.

3.13. Схема замещения асинхронного двигателя

Для анализа работы асинхр онных двигателей так же, как и для трансформаторов, удобно пользоваться схемой замещения р и с . 10.12.

В схеме заме щения асинхронного двигателя электри ческая цепь ротора (рис.10.116) элект рически присоедине на зажимами

a / , б / к зажимам а, б электрической цепи стато ра (рис.1.0.7) . Такое присоединение можно

сделать только в том случае, если ЭДС E2/ н (рис.10.116) сделать равной ЭДС E1 (рис.10.7 ) . Для этого надо все величины роторной цепи привес ти к статору.

Приведенное значение ЭДС неподвижного ротора E2/ н и ЭДС E1 статора

113