2.2 Принцип действия тад:

Исходное состояние: статор закреплен, вал сочленен с рабочей машиной, обмотка статора включена в трехфазную сеть. Обмотка ротора замкнута накоротко.

Принцип действия: Трехфазная симметричная система токов обмотки статора. Создает круговое вращающееся магнитное поле, частота вращения которого:

- частота напряжения источника питания, p- кол-во пар полюсов магнитного поля.

Это магнитное поле индуцирует в проводах обмотки ротора ЭДС под действием которого(т.к. обмотка замкнута накоротко) в обмотке ротора возникает электрический ток(ток ротора). Направление ЭДС и тока можно определить по правилу правой руки. Ток ротора взаимодействует с магнитным полем, результатом чего явл. электромагнитный вращающий момент под действием которого ротор вращается, вращая рабочую машину т.о. электрическая энергия поступающая в обмотку статора преобразуется в механическую и частично(10-15%) в тепловую. Ротор вращается в том же направлении что и магнитное поле, но медленнее магнитного поля, относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением(S).

частота вращения ротора. Двигатель общего назначения проектируют таким образом, что в режиме холостого хода скольжение близко к 0, в номинальном режиме скольжение сост. 0,02-0,10. Если на паспортной табличке указано значит что двигатель имеет 3 пары полюсов, частота вращения: 1000

т.е. зная номинальную частоту ротора легко определить p,S,n, в отличии от двигателя постоянного тока полюсов как конструктивных частей статора в двигателе нет. Полюса только магнитные. Под полюсом понимают место на внутренней поверхности статора, откуда линии магнитной индукции выходят(северный полюсN) и куда входят(южный полюсS).

Зависимость параметров двигателя от скольжения:

ЭДС обмотки ротора, частота этой ЭДС зависят от скорости движения проводов обмотки ротора относительно магнитного поля статора наибольшие значения ЭДС и частоты состоит при неподвижном ( заторможенным ) роторе и подключены к трехфазной сети обмотки статора. Эти величины обозначим следующим образом. Активное и индуктивное сопротивление ротора обозначим. При вращающемся роторе ЭДС, частота пропорциональна скольжению.

Активное сопротивление от частоты не зависит.

Индуктивное сопротивление зависит от частоты.

В каждую фазу обмотки ротора можно представить следующей схемой замещения.

Действующее значение тока можно определить из значения Ома.

Таким образом параметры двигателя зависят от скольжения.

S

Ток в обмотке статора пропорционален току в обмотке ротора. В режиме холостого хода (S=0) в обмотке статора имеется небольшой ток ротора. Электромагнитный вращающий момент есть результат взаимодействия тока обмотки ротора и магнитного потока создаваемого обмоткой ротора.

Учитывая, что ток переменный.

; где -сдвиг фаз между током и ЭДС обмотки ротора. При постоянстве напряжения трехфазной сети магнитный поток постоянен.

Поэтому электромагнитный момент.

Чтобы получить зависимость момента от скольжения необходимо перемножить ординаты этих кривых.

Механическая характеристика ТАД и параметры её характерных точек:

Под механической характеристикой понимают зависимость частоты вращения от момента.

И замкнутой накоротко обмоткой ротора. Эту зависимость можно получить из кривой M(S) используя формулу скольжения.

Механическая характеристика имеет 4 характерные точки по которым она обычно и строится. X –режим идеального холостого хода (М=0; ). М –соответствует номинальному режиму . К –критическая точка . П –пусковая

В паспорте двигателя указывают номинальную мощность, номинальную частоту вращения ротора, -кратность максимального момента

Номинальный момент легко найти по паспортным данным.

Свойство саморегулирования вращающегося момента:

Преобразование энергии в двигателе:

Потребляемая из сети активная мощность (рис. 4.9, б) частично расходуется при нагреве обмоток статора (потери в обмотке статора ) и магнитопровода (потери в стали статора ). Остальная мощность – электромагнитная мощность , передаваемая вращающимся магнитным полем от статора к ротору. Часть ее расходуется на нагрев обмотки ротора (потери в меди ротора ). Потерями в стали ротора можно пренебречь, так как частота перемагничивания сердечника ротора в номинальном режиме мала. Остальная часть мощности преобразуется в механическую мощность ротора . Часть последней покрывает механические потери ротора (трение в подшипниках, работа по перемещению воздуха вентилятором и т.д.). Оставшаяся часть мощности – полезная механическая мощность, передаваемая рабочей машине. КПД АД . Номинальный КПД АД составляет 0,75-0,95.

Рис. 4.9. Преобразование энергии в АД:

а) схема передачи энергии; в) энергетическая диаграмма

Носителем мощности является магнитный поток Ф (рис. 4.9, а) вращающийся с угловой частотой и передающий электромагнитный момент , поэтому . Аналогично для ротора , где – угловая частота вращения ротора. С учетом этого из энергетической диаграммы получаем

, (4.8)

. (4.9)

Чем ниже частота вращения ротора (больше скольжение s), тем меньшая часть мощности , передаваемая полем, преобразуется в механическую мощность (4.9) и тем большая часть мощности (4.8) теряется на нагрев ротора (потери скольжения). Поэтому работать с большим скольжением энергетически невыгодно. Обычно и потери энергии в двигателе малы.

КПД и коэффициент мощности и их зависимость от механической мощности:

Коэффициент полезного действия. Зависимость от полезной мощности Р₂ имеет такой же характер, как и для трансформатора. Эта зависимость имеет общий характер для большинства электрических машин.

При изменении нагрузки электрической машины отдельные виды потерь изменяются по-разному: электрические потери в обмотках статора и ротора, а также добавочные потери изменяются пропорционально квадрату тока нагрузки; электрические потери в щеточном контакте изменяются пропорционально току в первой

степени; механические и магнитные потери остаются практически постоянными — такими же, как при холостом ходе, если напряжение машины U и частота ее вращения n не изменяются. По этому признаку все виды потерь можно разделить на две группы: постоянные потери , и переменные потери , которые можно приближенно считать пропорциональными квадрату тока нагрузки (обычно величина потерь мала по сравнению с ). Мощность P₂, отдаваемая машиной (Р_ЭЛ в генераторах и Р_МЕХ в двигателях), пропорциональна току нагрузки I в первой степени, поэтому зависимость

КПД от тока нагрузки

( )

где А, В, С — постоянные.

Из ( ) следует, что при изменении нагрузки электрической машины КПД ее изменяется, При холостом ходе = 0, так как полезная мощность Р₂ отсутствует. При увеличении нагрузки КПД возрастает за счет увеличения Р₂, но одновременно быстрее, чем Р₂, возрастают переменные потери , поэтому при некотором токе I_КР рост КПД прекращается и в дальнейшем начинает уменьшаться. Если взять производную и приравнять ее нулю, то можно получить условие максимума КПД — имеет место при такой нагрузке, при которой = .

Обычно при проектировании электрической машины стремятся так распределить потери мощности, чтобы указанное условие выполнялось при наиболее вероятной нагрузке машины, несколько меньшей номинальной. Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности это условие выполняется при нагрузках 60—85% от номинальной.

При увеличении номинальной мощности относительная величина суммарных потерь уменьшается. Следовательно, должен возрастать и КПД машины. Эта закономерность проявляется во всех типах вращающихся электрических машин и в трансформаторах — машины большей номинальной мощности всегда имеют соответственно и больший КПД, и, наоборот, КПД машин малой мощности и микромашин обычно невелик. Так, например, КПД вращающихся электрических машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92—0,96, мощностью 1—100 кВт —0,7—0,9, а микромашин —0,4—0,6.

КПД асинхронного двигателя можно определить из круговой диаграммы как отношение отрезков. Однако для получения более точных результатов рекомендуется определять КПД путем расчета отдельных видов потерь.