Синхронные моменты будут сильно проявляться.

Рис. 121

Синхронные моменты могут быть ослаблены за счет скоса пазов и правильного выбора соотношений зубцов статора и ротора.

3. Вибрационные силы и моменты

Зубцовые и другие магнитные поля статора и ротора, образующие синхронные моменты, проявляющиеся не только при взаимном синхронном их вращении, но и при любых других скоростях вращения. В этом случае они образуют периодически меняющиеся вращающиеся моменты, которые в течение одного полупериода направлены в сторону вращения ротора, а в течении другого полупериода в обратном направлении. Такие периодически меняющиеся моменты могут создавать вибрации ротора и статора, которые становятся особенно заметными при наличии резонансных явлений. При неблагоприятных соотношениях зубцов статора и ротора могут возникнуть не только тангенциальные, но так же и радиальные магнитные силы притяжения, действующие на статор и ротор и перемещающиеся вдоль окружности воздушного зазора при вращении ротора, эти силы вызывают вибрацию машины.

Анализ этих процессов показывает, что вибрационные силы и моменты проявляются особенно сильно, если

3-4-5. Круговая диаграмма асинхронной машины

Рабочие и другие характеристики асинхронного двигателя, определяющие рабочие свойства машины, могут быть получены:

1. Путем непосредственной нагрузки.

2. Р

   Рис. 122

   асчетным путем (определение параметров и расчет характеристик).

3. Косвенным методом (по данным опыта холостого хода и короткого замыкания). Используя данные опыта холостого хода и короткого замыкания можно построить упрощенную круговую диаграмму, а из нее получить данные для построения рабочих характеристик.

И

Рис. 123

з Г–образной схемы замещения

,

Обозначим в рабочей ветви, рис 122

Рис. 124

, ,,

тогда

ток -

Г

Рис. 125

еометрическим местом токаявляется окружность, рис. 125.

Построение круга диаграммы.

Из опыта холостого хода для U_Ннаходим

Р₀ иI₀,I₀= , ,

и определяем ,

а по ним строится вектор тока хх – I₀, задавшись масштабом токаm_I(A/см)

Для построения точки А, где S= 1 приводим токI_к, мощность Р_киCos_кк номинальному напряжениюI_пU_н. Из рис. 125.

, откуда

, ,

Откладываем отрезок ,получаем точку А. Соединив точку А с О получим хорду окружности. Опуская перпендикуляр из середины хорды до линииполучим центр окружности.

Построение линии OF. Определение точки В.

, ,r₁- известно

откуда отрезок .

Получим точку В. Соединив точку О с В и продлив до окружности получим точку F где S=. Мощность, т.е.

,

Задавшись m_I, определим масштаб мощности

Тогда мощность

, ,

Рис. 126

Рис. 127

Рис. 128

Как получить данные из круговой диаграммы для построения рабочих характеристик?

P₁, I₁, , Cos₁, S, n = f(P₂)

Задавшись током i1

I₁= (0,25; 0,5; 0,75; 1,0; 1,25)I_н

Табл. 1

I1 =	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25
				p1
				p2
				cos 1
				S
				n
				

Для каждого значения тока I₁ определяемp_1,p_2, cos_1, S,n,и сводим в таблицу 1.

1. 

2. 

3. S =

4. 

5. 

,

По данным таблицы строятся рабочие характеристики. Скольжение определяется по рис.127. Общий вид рабочих характеристик представлен на рис.128.

3-4-6. Пуск трехфазных асинхронных двигателей

Основные величины, которые определяют режим пуска, являются пусковой ток I_пи пусковой момент М_п. При пуске возникают большие токи, которые снижают напряжение в сети, а у асинхронных двигателей. В короткозамкнутых асинхронных двигателях, М_пмал. У двигателей с фазным ротором, М_п- большой. При тяжелых условиях пуска применяют двигатель с фазным ротором.

Способы пуска.

1. Пуск под номинальным напряжением.

2. Пуск при пониженном напряжении:

а) Реакторный

б) Автотрансформаторный

в) Пуск посредством переключения обмотки статора со звезды на треугольник

3. Пуск двигателя с фазным ротором.

3-4-6-1. Пуск под номинальным напряжением (прямой пуск)

Прямой пуск асинхронных двигателей простой и нет необходимости в дополнительной аппаратуре.

Недостатки:

а) большие пусковые токи, что снижает напряжение в сети, а

б) большие ударные электромагнитные моменты

в) большие динамические усилия возникают в обмотках статора.

Поэтому асинхронные двигатели большой мощности пускаются при пониженном напряжении.

3-4-6-2. Пуск при пониженном напряжении

а) реакторный способ пуска, рис. 129.

При пуске для ограничения пускового тока в фазы двигателя включается сопротивление реактора, т.е.

,

часть напряжения падает на реакторе, а на двигатель подается пониженное напряжение. После разгона асинхронного двигателя ток в статоре уменьшится, уменьшится падение напряжения на реакторе. Напряжение на двигателе возрастет. Затем замыкают контакторы К и двигатель подключается на полное напряжение.

Обозначим

- коэффициент допустимой кратности,

Рис. 129

,

пусковой момент

.

т.е. если уменьшить ток в 2 раза (К_пс), момент уменьшиться в 4 раза. Это является недостатком реакторного способа пуска.

б) автотрансформаторный способ пуска, рис. 130.

, ,

Рис. 130

где К_А– коэффициент трансформации автотрансформатора.

Отсюда мы видим, что если пусковой ток уменьшается в раз, то и момент пусковой во столько же раз, т.е. больше чем при реакторном пуске.

Порядок пуска: замыкается контактор К₁, подается напряжение на автотрансформатор, двигатель при этом пускается при пониженном напряжении. После разгона размыкается контактор К₁, и автотрансформатор работает как реактор, затем замыкается контактор К₂и на двигатель подается полное напряжение.

в) пуск посредством переключения обмотки статора со звезды на треугольник, рис. 131.

При пуске обмотка статора соединена в звезду, фазное напряжение меньше линейного на , поэтому пусковой ток уменьшится. После разгона двигателя обмотку статора переключают в треугольник. При соединении обмотки статора в звезду пусковой ток и пусковой момент уменьшаются в 3 раза по сравнению с пуском при соединении обмотки статора в треугольник.

, ,

Рис. 131

отнесем

, ,

необходимо учитывать, что при пуске момент уменьшается в 3 раза.

3-4-6-3. Пуск двигателя с фазным ротором

Пуск этого двигателя происходит при полном напряжении. Но за счёт введения активного сопротивления в роторную цепь увеличиваем пусковой момент и уменьшаем пусковой ток, рис. 132.

Пуск производится в несколько ступеней. Это делается для того, чтобы уменьшить время пуска.

Рис. 132

3-5. Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения

Как было установлено, что одним из способов улучшения пусковых характеристик асинхронного двигателя является повышение активного сопротивления в цепи ротора.

Однако наличие пусковых сопротивлений, переключающих устройств, контактных колен, повышает стоимость, снижает надёжность и усложняет эксплуатацию. Эти недостатки можно избежать, применяя роторы специального исполнения, имеющие К.З. обмотки в виде беличьей клетки, активные и индуктивные сопротивления которых меняются в процессе пуска в ход. по мере разбега с изменением частоты. В роторах подобных конструкций используется эффект вытеснения тока.

Вообще для асинхронных двигателей необходимо отметить такое противоречие:

Если активное сопротивление в роторе большое, то пусковой момент большой, а ток пусковой ограничен, т.е. получаются хорошие пусковые характеристики, а рабочие характеристики получаются плохими, т.к. при том же моменте сопротивления на валу, скольжение возрастёт, а это приведёт к ухудшению рабочих характеристик. И наоборот, если активное сопротивление ротора будет малым, то рабочие характеристики будут

Рис. 133

хорошими (скольжение мало), пусковые характеристики плохими ( рис.133).

Асинхронные двигатели с обмоткой ротора специального исполнения решают эти противоречия компромиссно.

3-5-1. Короткозамкнутый асинхронный двигатель с глубоким пазом на роторе

В этой конструкции стержни заложены в пазы ротора, имеют большие радиальные размеры по сравнению с шириной. Конструкции стержней имеют следующий вид (рис.134):

Рис. 134

Рис. 136

Рис. 135

Идея эффекта вытеснения тока в стержне следующая:

При пуске n = 0, скольжение = 1, а частота в роторе f₂= f₁.

Ток в стержне созданный основной ЭДС будет иметь поля рассеяния, которые будут изменяться с частотой = 50 Гц и наводить в нижней части стержня (проводник находиться в железе) ЭДС, которая создает вихревые токи направленные встречно основному току и будут вытеснять его на периферию (к зазору), (рис.135). Площадь прохождения тока уменьшается, что приводит к увеличению активного сопротивления, а индуктивное сопротивление стержня уменьшится, т.к. магнитная проводимость полям рассеяния уменьшается, и как следствие это приводит к улучшению пусковых характеристик.

По мере разгона ротора частота f₂уменьшается, а следовательно и частота пересечения стержня полями рассеяния уменьшится. Уменьшатся вихревые токи и основной ток будет глубже проникать в стержень(рис.136).

При скольжении S = S_нчастота f₂ = 2-3 Гц и влиянием потоков рассеяния можно пренебречь и ток в стержне ротора будет проходить по всей площади стержня, что приведет к тому, что активное сопротивление ротора будет малым, а это приведет к тому, что рабочие характеристики будут благоприятными.

Обычно сопротивление r₂возрастает в 3-4 раза, а индуктивное сопротивление снижается на 30-40% приS= 1.

При клинообразной форме стержня эффект вытеснения проявляется в большей степени, т.е. r₂возрастает сильнее. Вытеснение тока проявляется только в стержне пазовой части. Активные и индуктивные сопротивления роторной цепи запишутся:

где ,- сопротивления при S = S_н;K_r- коэффициент увеличения активного сопротивления при S = 1; K_x- коэффициент снижения индуктивного сопротивления при S = 1.

где

 - приведенная высота стержня

h - высота стержня

в_ст- ширина стержня

в_п- ширина паза

f₂- частота ЭДС ротора

 - удельное сопротивление материала ротора.

Рис. 137

Рис. 138

На рис.137 представлено изменение активного и индуктивного сопротивления обмотки ротора при изменении S = 1 0.

Так как параметры ,переменны для различных скольжений, то геометрическим местом тока I, не будет окружность, а будет сложная кривая представленная на рис.138.

Следует отметить, что за счет большего рассеяния роторной обмотки сos_1ни перегрузочная способность будет меньше, чем у двигателей с круглым стержнем на роторе.