Магнитная цепь асинхронной машины

Магнитодвижущая сила обмотки статора создает магнитный поток, который замыкается через элементы магнитной системы машины. Магнитная система асинхронной машины неявнополюсная. Количество полюсов, создающих магнитное поле в ней, определяется числом полюсов в обмотке статора. На рисунке 2.2 представлена магнитная цепь неявнополюсной машины. Здесь видны участки магнитной цепи: воздушный зазор , зубцовый слой статора и ротора , ярмо статора и ротора .

Рис. 2.2. Магнитная цепь асинхронной машины.

Каждый из этих участков оказывает магнитному потоку некоторое магнитное сопротивление. Поэтому на каждом участке магнитной цепи затрачивается часть МДС обмотки статора, называемая магнитным напряжением:

,
где – сумма магнитных напряжений участков магнитной цепи.

Расчет МДС обмотки статора на одну пару полюсов сводится к расчету магнитных напряжений на всех участках магнитной цепи.

Полученное в результате расчета магнитной цепи значение МДС на пару полюсов позволяет определить основную гармонику намагничивающего тока обмотки статора (реактивную составляющую):

,
где – амплитуда МДС, А; – число фаз обмотки статора; – число витков обмотки статора; – обмоточный коэффициент обмотки статора, учитывающий уменьшение наводимой в ней ЭДС вследствие укорочения шага обмотки и ее распределением.

Исходным параметром при расчете магнитной цепи является максимальная магнитная индукция в воздушном зазоре, которая определяет магнитную нагрузку двигателя: при слишком малой магнитная система двигателя недогружена, габаритные размеры двигателя получаются неоправданно большими; при чрезмерно большом значении резко возрастут магнитные напряжения на участках магнитной системы, особенно в зубцовых слоях статора и ротора, в результате возрастет намагничивающий ток статора и снизится КПД двигателя.

Наибольшее магнитное напряжение приходится на воздушный зазор, поэтому ток холостого хода при значительно выше, чем в трансформаторе аналогичной мощности. Относительный ток холостого хода для двигателей мощностью от 1 до 100 кВт лежит в диапазоне 0,25–0,5; в микродвигателях – 0,5–1,0.

В процессе работы асинхронного двигателя токи в обмотках статора и ротора создают две магнитодвижущие силы: МДС статора и МДС ротора. Совместным действием эти МДС наводят в магнитной системе двигателя результирующий магнитный поток, вращающийся относительно статора с синхронной частотой вращения . Этот магнитный поток можно рассматривать состоящим из основного потока , сцепленного как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора (магнитный поток взаимоиндукции), и потоков рассеяния статора и ротора . Потоки рассеяния сцепляется только с собственными обмотками и наводят в каждой из них ЭДС рассеяния: в обмотке статора , в обмотке ротора .

Наличие магнитных потоков рассеяния обусловливает индуктивности рассеяния в обмотке статора и в обмотке ротора , и, соответственно, индуктивные сопротивления рассеяния:

и .
Индуктивные сопротивления рассеяния зависят от типа обмотки.

В пазах индукция магнитного поля значительно меньше, чем в зубцах, однако условия наведения ЭДС в обмотке остаются такими же, как если бы пазовые стороны обмотки были расположены на гладкой поверхности сердечника. Это объясняется свойством непрерывности магнитных линий: магнитные линии вращающегося магнитного поля переходят из одного зубца в другой и пересекают пазовые проводники обмотки, лежащие в пазах между зубцами, наводя в них ЭДС.

Электромагнитная сила, возникающая при взаимодействии тока в проводнике обмотки с внешним магнитным полем, приложена главным образом не к проводнику, а к зубцам, образующим стенки паза. По величине сила, действующая на зубец, в 50–100 раз больше силы, действующей на проводник в пазу. Явление переноса механических сил с проводников на зубцы объясняется возникновением пондеромоторных сил, которые появляются в магнитном поле на границе раздела двух сред с разной магнитной проницаемостью и всегда направлены от среды с большей магнитной проницаемостью к среде с меньшей магнитной проницаемостью.