Магнитодвижущие силы обмоток статора и ротора. Ток обмотки статора

Ток обмотки ротора создает магнитное поле, расположенное в том же магнитопроводе, что и магнитное поле, созданное током обмотки статора. Поэтому результирующий магнитный поток  двигателя   будет   определяться   МДС   обеих   обмоток:

3	I1mw1 +	3	I2mw2 =	3	I0mw1 = ΣHl*.
2		2		2

(10,32)

* Предполагается двигатель с фазным ротором.

Может показаться, что, поскольку ротор вращается, магнитные поля ротора и статора и создающие их МДС вращаются с разными частотами и выражение (10.32) несправедливо. В действительности магнитные поля ротора и статора вращаются в пространстве с одинаковой частотой n₀ и, следовательно, неподвижны относительно друг друга. Это легко доказать. Частота вращения поля ротора n_0р в пространстве складывается из частоты вращения ротора и частоты вращения поля ротора относительно ротора:

n_0р = n + 60f₂/p.

Выразив n через n₀ и s, а f₂ — через f_1s, получим

n_0р = n₀ - n_0s + 60f₁s/p = n₀ - n_0s + n_0s = n₀.

Геометрическая сумма МДС для удобства дальнейшего анализа выражается через произведение I₀w₁, в котором I₀— ток фазы обмотки статора при холостом ходе двигателя. Когда двигатель работает вхолостую, ротор вращается с частотой магнитного поля и ток обмотки ротора равен нулю. Предполагается идеальный холостой ход, а он имеет место, когда потери мощности на трение в подшипниках и ротора о воздух равны нулю. При реальном холостом ходеn ≈ n₀, I₂ ≈ 0.

Ток холостого хода, как и в трансформаторе, имеет две составляющие: I_p — намагничивающий ток и I_а — ток, обусловленный потерями в сердечнике статора двигателя:

I₀ = √I_p² + I_а².

Магнитопровод асинхронного двигателя имеет воздушный зазор между ротором и статором, ширина которого должна быть такой, чтобы ротор при вращении не задевал сердечник статора. Воздушный зазор составляет: для машин малой мощности 0,2 — 0,5 мм, средней мощности 0,5 — 1 мм и большой мощности 1 — 3 мм. В трансформаторе же зазор в магнитопроводе намного меньше и обусловлен только неточностью сборки и обработки. По этой причине намагничивающий ток асинхронного двигателя значительно больше, чем у трансформатора, и составляет 25 — 50% номинального тока двигателя:

I_p = (0,25 - 0,5)I_ном .

Ток I_а намного меньше I_p , поэтому часто считают, что

I₀ ≈ I_p.

Разделив почленно выражение (10.32) на 3w₁/2, получим

Ī₁ + Ī₂ w₂/w₁ = Ī₀.

Отсюда

Ī₁ = Ī₀ + Ī'₂, (10.33)

где I'₂ = - I₂w₂/w₁ — ток фазы обмотки ротора, приведенный к обмотке статора.

Таким образом, ток фазы обмотки статора складывается из тока холостого хода и приведенного тока обмотки ротора. Результирующий магнитный поток двигателя обусловлен взаимным действием МДС обмоток статора и ротора, причем, как и в трансформаторе, МДС обмотки ротора является размагничивающей относительно МДС обмотки статора.

С изменением нагрузки изменяется ток ротора и создается впечатление, что должны измениться результирующая МДС и создаваемый ею магнитный поток. Однако в действительности результирующая МДС I₀w₁ и магнитный поток почти не зависят от нагрузки. С изменением тока ротора в той же степени изменяется и ток статора, а результирующая МДС почти не изменяется. Относительно малая зависимость магнитного потока и, следовательно, создающей его МДС (I₀w₁) от тока ротора (нагрузки на валу двигателя) вытекает из (10.19). Действительно, если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то ЭДС Е₁ будет равна напряжению сети.

U₁ = Е₁ ~ Ф

Если напряжение сети не зависит от нагрузки, то и магнитный поток также не будет зависеть от нагрузки.

Однако следует отметить, что в период пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток в цепи статора превышает номинальный в 5 — 7 раз. Вследствие этого падение напряжения в обмотке статора становится существенным: Е < U, и магнитный поток двигателя оказывается значительно меньше номинального.