Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Принцип действия асинхронного двигателя




 

Электромагнитная схема асинхронной машины (рис, 57, а) отличается от схемы трансформатора тем, что первичная обмотка размешена на неподвижном статоре, а вто­ричная - на вращающемся роторе 3. Между ротором и статором имеется воздушный зазор, величину которого для улучшения магнитной связи между обмотками делают по возможности малым. Обмотка статора 2 представляет собой трехфазную (или в общем случае многофазную) обмотку, катушки которой размещены равномерно по окружности статора.

 

 

Рис. 57. Электромагнитная схема асинхронной машины

 

Фазы обмотки статора , и соединяют в звезду или треугольник и подключают к сети трехфазного тока (рис, 57, б). Обмотку ротора 4 в такой машине трех- или многофазной выполняют или размешают равномерно вдоль окружности ротора. Фазы ее , и в простейшем случае замыкаются накоротко.

При питании трехфазным током обмотки статора создаётся вращающееся магнитное поле, частота вращения которого (синхронная) . Если ротор неподвижен или вращается с частотой, меньшей , то вращающееся поле индук­тирует в проводниках ротора ЭДС и по ним проходит ток, который, взаимодействуя с магнитным потоком, создает электромагнитный момент. На рис 57. а показано направле­ние ЭДС, индуктированной в проводниках ротора при вращении магнитного потока по часовой стрелке (согласно правилу правой руки). Активная составляющая тока ро­тора совпадает по фазе с индуктированной ЭДС; поэтому крестики и точки показы­вают одновременно и направление активной составлявшей тока.

На проводники с током, расположенные в магнитном поле, действуют электромагнитные силы, направление которых определяется правилом правой руки. Суммарное усилие приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент , увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем. Если этот момент доста­точно велик, то ротор приходит во вращение и его установившаяся частота вращения соответствует равенству электромагнитного момента тормозному, приложенному к ва­лу от приводимого во вращение механизма, и внутренних сил трения.

Такой режим работы асинхронной машины является двигательным и, очевидно, при нем .

Относительную разность частот вращения маг­нитного поля и ротора называют скольжением:

 

. (1)

 

Скольжение часто выражают в процентах:

 

.

Очевидно, что при двигательном режиме:

 

.

 

Если ротор асинхронной машины разогнать с помощью внешнего момента (например, каким-либо двигателем) до частоты, большей частоты вращения магнитного поля то изменится направление ЭДС в проводниках ротора и ак­тивной составляющей тока ротора, т.е. асинх­ронная машина перейдет в генераторный режим (рис. 58, а). При этом изменит свое направление и магнитный момент , который станет тормозящим. В данном режиме асинхронная машина получает механическую энергию от первичного двигателя, превращает её в электрическую и отдаёт в сеть. В генераторном режиме .

Если изменить направление вращения рото­ра (или магнитного поля) так, чтобы магнитное поле и ротор вращались в противопо­ложных направлениях (рис. 58, б), то ЭДС и активная составляющая тока в провод­никах ротора будут направлены так же, как в двигательном режиме, т.е. машина бу­дет получать из сети активную мощность. Однако в таком режиме электромагнитный момент направлен против вращения ротора, т.е. является тормозящим. Этот режим ра­боты асинхронной машины называют электромагнитным торможением. В режиме электро­магнитного торможения направление вращения ротора является отрицательным (по отно­шению к направлению магнитного поля, поэтому , а .

Таким образом, характерной особенностью асинхронной машины является наличие скольжения, т.е. неравенство частот вращения и . Только при этом условии в проводниках обмотки ротора индуктируется ЭДС и возникает электромагнитный мо­мент. По этой причине машину называют асинхронной (её ротор вращается не синхрон­но с полем).

На практике чаще всего встречается двигательный режим асинхронной машины, по­этому теория асинхронных машин изложена здесь применительно к этому режиму с последующим обобщением её на другие режимы работы.

 

а) б)

Рис. 58. Направление электромагнитного момента в асинхронной машине при работе её в режимах: генераторном (а), и электромагнитного торможения (б).

Лекция № 11

 

Основные уравнения.

Векторная диаграмма.

Схема замещения АД.

 

При заторможенном роторе обмотки статора и ротора пересекаются магнитным потоком с одной и той же скоростью, при этом в обмотках статора и ротора на водится ЭДС статора и ротора .

 

; (2)

. (3)

 

Отношение ЭДС:

 

, (4)

 

называют коэффициентом трансформации ЭДС.

Для основных гармоник обмоточные коэффициенты обычно равны 0,96–0,90 и поэтому в первом приближении можно считать:

 

, (5)

 

аналогично тому, как это имеет место в трансформаторе.

Холостой ход. Если обмотка ротора разомкнута, то по ней не будет проходить ток и, следовательно, она не будет влиять на электромагнитные процессы в статоре. Этот режим называют холостым ходом. Режим х.х. имеет место при условии равенства скорости вращения ротора со скоростью вращения поля статора . При этом ; и электромагнитный момент .

При холостом ходе для каждой фазы обмотки статора можно написать уравнение, полностью тождественное уравнению для первичной обмотки трансформатора при холостом ходе:

 

, (6)

 

где: ЭДС, индуктируемая вращающимся магнитным потоком , обхватывающим обмотки ротора и статора; ЭДС, вызываемая потоком рассеяния обмотки статора; – падение напряжения в обмотке статора от тока холостого хода.

 

 

На рис. 59, а показана векторная диаграмма асин­хронной машины при холостом ходе. В принципе указанная диаграмма должна быть аналогична векторной диаграмме трансформатора при холостом ходе. Однако величина тока холостого хода в асин­хронной машине из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20-40 % от номинального тока по сравнению с 2-5% у трансформатора), вследст­вие чего здесь нельзя уже пренебрегать падением напряжения и , и пользоваться приближен­ным уравнением .

Асинхронная машина с заторможенным ротором может быть использована в качестве трансформатора, если в цепь обмотки ротора (вторичной обмотки) включить сопротивление нагрузки.

Векторная диаграмма асинхронной машины с заторможенным ротором (рис. 59, б) аналогична диаграмме трансформатора и отображает на плоскости основные уравнения асинхронных машин:

 

;

; (7)

.

а) б)

Рис. 59. Векторные диаграммы асинхронной машины

 

Однако наличие в асинхронной машине вращающегося потока обуславливает некоторые специфические особенности при взаимодействии магнитных полей, токов в первичной и вторичной обмотках. Поскольку фазы обмотки ротора сдвинуты в пространстве, а токи в них имеют временный сдвиг, они создают бегущую волну МДС ротора , частота вращения которой

 

, (8)

где и – частота тока и число пар полюсов ротора.

Так как при неподвижном роторе ЭДС в обмотках статора и ротора имеют одинако­вую частоту, т.е.; , то:

. (8а)

 

Асинхронная машина может работать только при равенстве частот вращения бегущих волн МДС статора и ротора . Следовательно, статор и ротор должны иметь одинаковое число полюсов, т.е. . При этом условии бегущие волны МДС ротора и статора будут неподвижны относительно друг друга, и будут взаимодействовать между собой, обеспечивая передачу мощности из статора в ротор так же, как и в трансформаторе. В результате ток ротора будет создавать компенсирующую его составляющую тока статора , вследствие чего результирующий магнитный поток останется примерно таким же, как и при режиме холостого хода.

Таким образом, для асинхронной машины, как и для трансформатора, справедливо условие , т.е. магнитный поток при измене­нии режима работы меняется мало. Требование равенства частот вращения бегущих волн МДС ротора и статора жестко определяет лишь равенство числа полюсов. Число фаз обмоток статора и ротора в принципе может быть любым.

Схема замещения асинхронной машины с заторможенным ротором (рис. 60). Эта схема аналогична схеме замещения трансформатора, но параметры её определяются другими коэффициентами приведения. Полагая из условия равенства мощностей реального и приведенного роторов , находим:

 

. (9)

 

Рис. 60. Схема замещения асинхронной машины при заторможенном роторе

 

Величину называют коэффициентом приведения (трансформа­ции) токов.

Из равенства электрических потерь получаем:

 

. (10)

Из равенства относительных реактивных падений напряжений находим:

 

. (11)

 

Величину называют коэффициентом приведения сопротивлений. При опреде­лении коэффициентов , и для короткозамкнутой обмотки типа беличьей клетки принимают , и .

Таким образом, теория работы асинхронной машины с заторможенным ротором в ос­новном подобна теории работы трансформатора. Однако использование асинхронной машины в качестве трансформатора обычно нецелесообразно, так как она значительно дороже трансформатора и имеет худшие эксплуатационные характеристики (больший ток холостого хода, меньший КПД и пр.). Только в некоторых специальных устройствах асинхронную машину используют в режиме работы трансформатора, т.е. при заторможенном роторе (поворотные трансформаторы, фазорегулятор и индукционный регулятор).

Параметры ротора зависящие от скольжения. Рассмотрим общий случай индуктирования ЭДС в об­мотке ротора, увлекаемого вращающимся магнитным потоком. Так как эта обмотка пере­секается магнитным потоком частотой , частота индуктируемой в ней ЭДС:

 

. (12a)

 

При вращении ЭДС в обмотке ротора

 

. (13)

 

Учитывая, что эта ЭДС при заторможенном роторе

 

,

получаем

. (13a)

 

Если обмотка ротора замкнута, по ней будет проходить ток с частотой , кото­рый создает МДС .

 

.

 

где:

 

Направление вращения МДС ротора определяется порядком чередования максиму­мов тока в фазах, т.е. МДС ротора вращения в ту же сторону, что и магнитное по­ле статора.

Таким образом, в асинхронной машине магнитное поле, вращающееся с частотой , возникает в результате совместного действия МДС ротора и статора. Оно служит связующим звеном между статором и ротором, обеспечивая обмен энергией между ними.

 

Лекция № 12

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-11-12; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1423 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Неосмысленная жизнь не стоит того, чтобы жить. © Сократ
==> читать все изречения...

2393 - | 2098 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.007 с.