Активная и реактивная составляющие тока в асинхронном двигателе

Рис.11.1 Механическая (зависимость от M) и электромеханическая (зависимость от I) характеристики асинхронного двигателя

Уменьшение момента после достижения критического скольжения (Рис.11.1 точка В, соответствует максимальному, критическому моменту при критическом скольжении) объясняется тем, что в создании момента асинхронного двигателя участвует только активная составляющая тока.Активная составляющая тока при уменьшении скорости уменьшается и доходит до минимального значения при остановке ротора .

А реактивная составляющая тока ротора при неподвижном роторе имеет максимальное значение, за счёт того, что индуктивное сопротивление ротора имеетмаксимальное значение

при ,, то есть,когда ротор неподвижен (зачение частоты тока ротораравно частоте тока статора: ).

В однородном магнитном поле на проводник с током действует электромагнитная сила

.

Эта формула справедлива, когда магнитное поле и проводник длинойс токомдвижутся в пространстве с одинаковой скоростью и взаимно неподвижны.

Рассмотрим появление активной и реактивной составляющей тока в асинхронном двигателе[гер 343] .

Если прямолинейный проводник с синусоидальным током

находится в пульсирующем с той же частотоймагнитном поле статора с индукцией

и углом сдвига фаз вектора магнитной индукции и вектора тока равным углу _, тогда электромагнитная сила, действующая на проводник с токомдлиной, находящемся в магнитном поле с индукциейпериодически изменяется с двойной частотой:

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы :

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силызависитот временного сдвига по фазе (от угол) синусоидальных токаи магнитной индукции, а также зависит отдействующих значений и.

У электрических переменного тока машин, имеющих большую массу ротора на частоте тока 50 Гц за один полупериод изменения силыприращение импульса ротора имеет очень малое значение по сравнению с импульсом при установившейся номинальной скорости. Поэтому при рассмотрении установившихся режимов работы электропривода составляющейможно пренебречь и учитывать только постоянную составляющую силыпрямопропорциональную.

В случае асинхронного двигателя, в обмотке ротора вращающееся магнитное поле статора наводит электродвижущюю силу Э.Д.С. и под действием Э.Д.С.по проводникам ротора протекает синусоидальный ток.

Мгновенное значение Э.Д.С. обмотки ротора асинхронного двигателя пропорционально магнитной индукции, длине проводника и скорости относительного перемещения проводника и магнитного поля .

В электрических машинах переменного тока Э.Д.С. обмотки ротора совпадает по фазе с магнитной индукцией поля статора. Поэтому угол сдвига фаз между Э.Д.С.и током обмотки ротораравен углу, углу сдвига фаз магнитной индукции и тока.

Следовательно, в формуле произведение определяет значение проекции векторана вектор, другими словами является активной составляющей тока ротора.

Из вышеизложенного следует, что постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы , действующая на проводник с синусоидальным током, находящимся в пульсирующем с той же частотоймагнитном поле статора асинхронного двигателя,пропорциональна активной составляющей тока ротора =

= .

Моментасинхронного двигателя, как и любой электрической машины,пропорционален магнитному потоку Ф и активной составляющей тока. Активная составляющая тока ротора пропорциональна косинусу угла, углу между вектором Э.Д.С. ротора и вектором тока ротора [чил 80].

где : конструктивная постояннаяасинхронного двигателя;

угол сдвига фаз между Э.Д.С. () и током обмотки ротора.

Непропорциональность между моментом асинхронного двигателя и током при пуске (пусковой момент меньше максимального момента несмотря на то, что пусковой токе достигает максимального значения рис.11.1) объясняется значительным снижением магнитного потока двигателя, а также уменьшением коэффициента мощности цепи ротора при пуске, за счёт максимального значения индуктивного сопротивления ротора[чил 80].

При изменении нагрузки на валу двигателя [гер392] от нуля до номинальной значения скольжения постепенно увеличиваются до значения . При этом сохраняется неравенство

<< и= ,

т.е. активная составляющая тока ротора пропорциональна скольжению при значениях скольжения меньших0.05 (при ) [гер393].

При увеличении нагрузки скольжение так же возрастает и растёт ЭДС ротора =, а также растёт ток роторав соответствии с , асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. А с ростомуменьшается (причём на рабочем участке механической характеристикиуменьшается очень мало, рис.11.1 участокDB), асимптотически стремясь к нулю при скольжении, стремящемся к бесконечности .

Магнитный поток двигателя также уменьшается при возрастании тока из-за падения напряжения на сопротивлениях обмотки статора [чил81]. Все эти процессы и обуславливают отсутствие пропорциональности между током и моментом двигателя.

А реактивная составляющая тока ротора

с двойной частотой и ротор, имея большую инерцию не успевает проворачиваться два раза при частоте 50Гц. Двойная частота 100Гц. Если бы ротор был тонким проводником он бы успевал проворачиваться [гер344]. Поэтому при анализе установившихся режимов нужно учитывать толькопостоянную (средную) составляющую электромагнитной силы .