3.2.2. Конструкция и принцип действия ад

Конструкция АД показана на рис. 3.13.

Рис. 3.13. Конструкция АД: а – статор:1– сердечник;2– корпус;3– обмотки, оси их сдвинуты на 120°;б– короткозамкнутый ротор:4– вал;5– кольцо из алюминия;6– сердечник из пластин;7– пазы, заливаются алюминием;в– обмотка короткозамкнутого ротора, г – обмотка фазного рото-

ра: 8– кольца на валу;9– щетки;10– обмотка

В фазном роторе есть возможность подключать внешние элементы.

С целью уменьшения потерь сердечники статора и ротора набираются из пластин электротехнической стали.

Под воздействием тока, протекающего по обмоткам статора, создается намагничивающая сила и вращающееся магнитное поле. Оно индуцирует в роторе ЭДС и ток. На проводники с током в магнитном поле действует сила, заставляющая ротор вращаться. Он вращается с некоторым отставанием от поля (индекс 1 – для статорной цепи, 2 – для роторной):

Мера отставания скорости ротора от скорости вращения магнитного поля называется скольжением.

,

где – скорость вращения магнитного поля;– скорость вращения ротора. Если= 0, то, если=, то,.

Частота тока в статоре

частота тока в роторе

.

Изменение частоты при разгоне двигателя:

1. .

2. .

3. При (в номинальном режимеочень мала).

ЭДС статора и ротора . Из теории работы трансформатора имеем:

;

ЭДС статора

,

ЭДС ротора

,

где – обмоточные коэффициенты статора и ротора, учитывающие распределение обмоток по пазам,≈ ;

,

где — ЭДС заторможенного ротора.

Изменение при разгоне:

1. ,,.

2. ,,.

Индуктивное сопротивление статора

;

Индуктивное сопротивление ротора

,

где X₂ – сопротивление ротора на частоте сети.

Индуктивное сопротивление ротора зависит от скорости вращения:

, ,.

3. Ток и схема замещения обмотки ротора (одной фазы)

Схема замещения обмотки ротора приведена на рис. 3.14.

Ток фазы обмотки ротора

.

Сопротивлениеразбиваем на два:=.

а б

Рис. 3.14. Реальная схема замещения фазы обмотки ротора (а)

и эквивалентная схема замещения одной фазы обмотки ротора (б)

Ток фазы обмотки ротора

.

Сопротивление учитывает преобразование электрической энергии в механическую. Мощность тепловой энергии, выделяемой в этом сопротивлении, определяет механическую мощность на валу двигателя.

Изменение при разгоне двигателя:

1. ,,.

2. ,,.

3.2.4. Уравнение намагничивающих сил (нс) в ад

Намагничивающие силы статора – , соответственно и ротора –, где– число фаз в статоре и роторе.

В режиме холостого хода , под нагрузкой.

Как и в трансформаторе, магнитный поток Ф практически не зависит от нагрузки, поэтому уравнение намагничивающих сил АД будет иметь вид

.

Пусть ,, тогда

, ,

; ; .

Ток холостого хода в АД в отличие отI₀ трансформатора, равного .

3.2.5. Эквивалентная схема замещения АД (одной фазы)

Для рассмотрения схемы замещения АД воспользуемся Т-образной схемой замещения трансформатора (рис. 3.15).

.

Рис. 3.15. Т-образная схема замещения фазы АД

В отличие от трансформатора здесь цепью R₀ – X₀ пренебречь нельзя. Поэтому для упрощения расчета используют Г-об-разную схему замещения (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Г-образная схема замещения одной фазы АД

3.2.6. Потери мощности и кпд АД

Для определения КПД воспользуемся энергетической диаграммой передачи энергии в АД (рис. 3.17), где –потери на нагрев обмотки статора; – потери в сердечнике статора; – потери на нагрев обмотки ротора; – потери в сердечнике ротора; – механические потери на трение и вентиляцию.

–мощность, подведенная к АД.

Рис. 3.17. Энергетическая диаграмма

; .

3.2.7. Момент, развиваемый АД

.

Электромагнитная мощность, создаваемая магнитным полем, .

Развиваемая двигателем механическая мощность .

Из энергетической диаграммы имеем =.

; .

Преобразуем формулу для момента, чтобы показать связь с законом электромагнитных сил:

;

,

где С – постоянный коэффициент, . Полученное выражение согласуется с законом Ампера.

3.2.8. Связь потерь в обмотке ротора со скольжением

; ;

; ;

.

Пусть , тогда. Вся мощность расходуется на нагрев обмоток.

Если .

Если , это значит, что 5 % электромагнитной мощности расходуется на нагрев обмоток, а 95 % – на создание механической энергии.

3.2.9. Механическая характеристика АД (n = f(М))

Из схемы замещения (см. рис. 3.16) имеем

;

.

Из условия получаем координату экстремальной (критической) точки

; .

Так как мало, то им можно пренебречь.

–формула Клосса.

Анализ механической характеристики (рис. 3.18).

Анализ выражения для определения момента показывает, что момент пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому асинхронный двигатель очень критичен к изменению

Рис. 3.18. Механическая характеристика АД

напряжения питания. Критический момент М_кр не зависит от сопротивления обмотки ротора , а критическое скольжение S_кр – от величины приложенного напряжения U_1ф. Асинхронный двигатель имеет малый пусковой момент, что создает проблемы при запуске двигателя под нагрузкой.

Изменения напряжения питания U и активного сопротивления R₂ влияют на механические характеристики АД (рис. 3.19).

Рис. 3.19. Влияние U (а) и R₂ (б) на механическую

характеристику АД

Рис. 3.20. Области работы АД

Область работы АД. Включает в себя область устойчивой работы двигателя 1–2 и неустойчивой работы 2–3 (рис. 3.20). В области устойчивой работы проявляется свойство саморегуляции скорости.

Для оценки перегрузочной способности двигателя вводится коэффициент перегрузки

.

При попадании в область неустойчивой работы двигатель останавливается.