 |
Режим асинхронного двигателя и векторная диаграмма
|
|
|
|
Неподвижная часть асинхронного двигателя - статор. В расточке статора расположена вращающаяся часть двигателя — ротор, состоящий из вала, сердечника и обмотки. Обмотка ротора представляет собой короткозамкнутую конструкцию, состоящую из алюминиевых стержней, расположенных в продольных пазах сердечника ротора, замкнутых с двух сторон по торцам ротори алюминиевыми кольцами. Ротор и статор разделены воздушным зазором. При включении обмотки статора в сеть трехфазного тока возникает вращающееся магнитное поле статора.
Двигательный режим. Вращающееся поле статора (полюсы N1 и S1) сцепляется как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора и наводит в них ЭДС. При этом ЭДС обмотки статора, являясь ЭДС самоиндукции действует встречно приложенному к обмотке напряжению и ограничивает значение тока в обмотке. Обмотка ротора замкнута, поэтому ЭДС ротора создает в стержнях обмотки ротора токи. Взаимодействие этих токов с полем статора создает на роторе электромагнитные силы Fэм, направление которых определяется по правилу «левой руки». Силы Fэм стремятся повернуть ротор в направлении вращения магнитного поля статора. Совокупность сил Fэм создает на роторе электромагнита момент М, приводящий его во вращение с частотой n2. Вращение ротора посредством вала передается исполнительному механизму.
Таким образом, электрическая энергия, поступающая из сети в обмотку статора, преобразуется в механическую энергию вращения ротора двигателя.
Направление вращения магнитного поля статора, а следовательно, и направление вращения ротора зависят от порядка следования фаз напряжения, подводимого к обмотке статора, вращения ротора n2, называемая асинхронной, всегда меныше частоты вращения поля n1, так как только в этом случае происходит наведение ЭДС в обмотке ротора асинхронного двигателя.
|
|
|
Скольжение — величина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося поля статора:
S = (n1 – n2)/ n1
Генераторный режим. Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного двигателя ПД (двигатель внутреннего сгорания, турбина и т. п.), являющегося источником механической энергии, вращать в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n2 > n1, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное (по сравнению с двигательным режимом работы пой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а ЭДС, наведенная в обмотке ротора, изменит свое направление. Электромагнитный момент на роторе М также изменит свое направление, т. е. будет направлен встречно вращающемуся магнитному полю статора и станет тормозящим по отношению к вращающемуся моменту приводного двигателя М1
Режим торможения противовключением. Если у работающего трехфазного асинхронного двигателя поменять местами любую пару подходящих к статору из сети присоединительных проводов, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем правлении. Другими словами, ротор и поле статора асинхронной машины будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие (рис. 10.1, в). Этот режим работы асинхронной машиины называется электромагнитным торможением противовключением. Активная мощность, поступающая из сети в машину при этом режиме, частично затрачивается на компенсацию механической мощности вращающегося ротора, т. е. на его торможение.
|
|
|
E1 = 4,44 f1 Ф ω1 kоб1.
ЭДС рассеяния обмотки статора
σ1 = - j 
1x1
где х1 — индуктивное сопротивление рассеяния фазной обмотки статора.
Для цепи обмотки статора
1 + 1 + σ1 = 1 r1
где I1 r1 - падение напряжения в активном сопротивлении обмотки статора r1.
1 = (- 1) + j 1 x1 + 1r1
полученное уравнение не отличается от уравнения напряжений для первичной цепи трансформатора.
ЭДС рассеяния обмотки ротора
σ2 = - j 2 x2 s
где х2 - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при неподвижном роторе.
Обмотка ротора асинхронного двигателя электрически не связана с внешней сетью и к ней не подводится напряжение. Ток в этой обмотке появляется исключительно за счет ЭДС, наведенной основным магнитным потоком Ф.
2s + σ2 = 2 r2
где r2 — активное сопротивление обмотки ротора.
2s - j 2 x2 s - 2 r2
2 - j 2 x2 - 2 r2 / s = 0
-уравнение напряжений для обмотки ротора.
МДС статора в режиме х.х., а также МДС обмоток статора и ротора на один полюс в режиме нагрузки
F1 = 0,45 m1 I1 ω1 kоб1/ P
F2 = 0,45 m2 I2 ω2 kоб2/ P
0 = 1 + 2 = const.
Подставив вместо F0, F1 и F2 их значения получим
0,45 m1 0 ω1 kоб1/ p = 0,45m1 1 ω1 kоб1/ p + 0,45 m2 2 ω2 ko62/ р.
Разделив это равенство наm1 ω1 kоб1/ p, определим уравнение токов асинхронного двигателя:
0 = 1 + 2 
= 1 + ′2 
где
′2 = 2
- ток ротора, приведенный к обмотке статора.
Преобразовав уравнение получим уравнение токов статора асинхронного двигателя
1 = 0 + (- ′2 )
Для асинхронного двигателя можно построить векторную диаграмму. Основанием для построения этой диаграммы являются уравнение токов и уравнения напряжений обмоток статора и ротора (приведенное для ротора выглядит так 0 = ′2 - j ′2 x2 - ′2 r′2 r′2(1-s)/ s)
Угол сдвига фаз между ЭДС ′2 и током ′2 Ψ2 = arctg(x′2s/ r′2).
|
|
|
