 |
Принцип действия асинхронного двигателя
|
|
|
|
В обмотке статора, включенной в сеть трехфазного тока, под действием напряжения возникает переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле пересекает проводники обмотки ротора и наводит в них (на основании закона электромагнитной индукции е = Blv) переменную ЭДС, направление которой определяется по правилу правой руки и указано на рис. 10.12 крестиками. Поскольку обмотка ротора замкнута, ЭДС вызывает в ней ток того же направления.
В результате взаимодействия тока ротора с вращающимся магнитным полем (на основании закона Ампера F = ВlI) возникает сила, действующая на проводники ротора, направление которой определяется по правилу левой руки. Сила создает момент, действующий в ту же сторону.
Под действием момента ротор приходит в движение и после разбега вращается в том же направлении, что и магнитное поле, с несколько меньшей частотой вращения, чем поле:
n = (0,92 ÷ 0,98) n0*.
*Для двигателей общего назначения.
Рис. 10.12. К пояснению принципа действия асинхронного двигателя
Все сказанное о принципе действия асинхронного двигателя справедливо, если обмотка ротора выполнена из ферромагнитного материала с теми же магнитными свойствами, что и сердечник ротора. В действительности обмотка ротора выполняется из неферромагнитного материала (меди или алюминия), поэтому магнитная индукция в пазу с проводниками намного меньше, чем в зубцах. Основная сила, вызывающая момент вращения, возникает в результате взаимодействия магнитного поля ротора с вращающимся магнитным полем статора и приложена к зубцам ротора. На проводник действует только небольшая сила. Однако для анализа работы двигателя и получения расчетных уравнений обычно считают, что в основе принципа действия асинхронного двигателя лежит закон Ампера — взаимодействие проводника с током и магнитного поля. Такая трактовка закономерна, поскольку результаты расчета при этом совпадают с полученными из принципа взаимодействия магнитных полей ротора и статора.
|
|
|
ЭДС ОБМОТКИ СТАТОРА
Вращающееся магнитное поле, распределенное синусоидально вдоль воздушного зазора, пересекает проводники обмотки статора и наводит в них переменную, изменяющуюся синусоидально во времени ЭДС E 1.
Среднее значение ЭДС в одном витке Е' ср можно определить с помощью закона электромагнитной индукции:
Е' ср = 2 B cp lv 0, (10,15)
где В ср — среднее значение магнитной индукции вращающегося магнитного поля; l — длина проводника обмоток статора; v 0 — скорость движения магнитного поля относительно проводников обмотки статора.
Скорость движения магнитного поля
| v 0 = | π Dn 0 | , |
(10.16)
где D — внутренний диаметр сердечника статора; n 0 = 60 f 1/ p — частота вращения магнитного поля.
Подставив в (10.15) вместо v 0 его значение из (10.16), получим
| Е' ср = 2 B ср l | π D | 60 f 1 | , | |
| p |
где B cp l π D /2 p = Ф — магнитный поток одного полюса двигателя.
Следовательно,
Е' ср = 4Ф f 1.
Рис. 10.13. Расположение секций фазы обмотки статора двигателя ( а ); потоки рассеяния статора и ротора ( б )
Выразим Е' ср через действующее значение Е':
| Е' ср = | 2 Е'm | = | 2√2 E' | = 4 f 1Ф. |
| π | π |
(10.17)
Из выражения (10.17) вытекает, что действующее значение ЭДС в одном витке фазы обмотки двигателя
| Е' = | π | 4 f 1Ф = 4,44 f 1Ф. |
| 2√2 |
Если бы оси секций одной фазы обмотки совпадали, то результирующая ЭДС Е 1 одной фазы обмотки равнялась бы произведению ЭДС одного витка Е' на число витков фазы:
E 1 = Е'w 1 = 4,44 f 1 w 1Ф. (10.18)
Полученное выражение ЭДС имеет тот же вид, что и для трансформатора. Однако в связи с тем, что фаза обмотки статора состоит из нескольких секций, расположенных в разных пазах (рис. 10.13, а) и сдвинутых в пространстве на угол θ, ЭДС в каждой секции будут сдвинуты во времени также на угол θ. Вследствие этого результирующая ЭДС одной фазы обмотки будет определяться не арифметической, а геометрической суммой ЭДС секций.
|
|
|
Поэтому в выражение (10.18) вводится поправочный коэффициент k 01, равный отношению модуля геометрической суммы ЭДС секций обмотки к арифметической сумме:
k 01 = |Σ Е' |/Σ Е'.
Этот коэффициент называется обмоточным.
Следует отметить, что обмотки выполняются с укороченным шагом, что приводит к увеличению угла θ. Обмоточный коэффициент k 01 = 0,91÷0,95.
Таким образом, расчетная формула ЭДС обмотки статора имеет вид
Е 1 = 4,44 f 1 w 1Ф k 01.
Как вытекает из уравнения электрического равновесия цепи статора, которое имеет тот же вид, что и уравнение первичной цепи трансформатора,
U 1 = - Е 1 + I 1 r 1 + j I 1 х 1,
и если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то ЭДС будет равна напряжению на обмотке статора:
U 1 = Е 1 = 4,44 f 1 w 1Ф k 01. (10.19)
|
|
|
