Материал: 1824

4.3. Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя

Принцип работы асинхронного двигателя основан на получении вращающегося магнитного поля. При поданном на обмотку статора трехфазном напряжении в фазах обмотки протекают токи:

Ток в каждой фазе создает свое переменное магнитное поле. Эти поля складываются и образуют результирующее магнитное поле. Картина результирующего магнитного поля непрерывно изменяется, но ее можно изобразить для любого момента времени (рис. 62). За положительное направление токов принимается направление от начала к концу фазы обмотки статора.

i

Рис. 62. График трехфазной системы токов и упрощенные картины результирующего магнитного поля для четырех моментов времени.

A, B, C – начала фаз обмотки статора; X, Y, Z – концы фаз обмотки статора

На рис. 62 стрелка указывает направление оси полюсов магнитного поля. Из рисунка видно, что при изменении токов происходит равномерное вращение всего спектра силовых линий магнитного поля, а конфигурация силовых линий при этом не изменяется. Такое поле принято называть вращающимся. Частота вращения магнитного поля

где f1 – частота тока в обмотке статора (частота питающего напряжения); р – число пар полюсов.

Число пар полюсов основного магнитного поля асинхронного двигателя определяется количеством катушек в каждой фазе и способом соединения этих катушек между собой (рис. 63).

Рис. 63. Зависимость числа пар полюсов от схемы соединения катушек в каждой фазе обмотки статора

При последовательном соединении двух катушек каждой обмотки статора число пар полюсов р=2; частота вращения магнитного поля при частоте питающего напряжения f1=50 Гц в соответствии с формулой

катушек каждой фазы обмотки статора число пар полюсов р=1; n1=3000

об . мин

Если две фазы подводимого к статору напряжения поменять местами, т.е. изменить порядок чередования токов в обмотках статора на обратный, результирующее магнитное поле будет вращаться в обратном направлении.

4.4. Принцип действия асинхронного двигателя

При включении двигателя в трехфазную сеть в статоре образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого пересекают обмотки статора и ротора. При этом согласно закону электромагнитной

обмоточные коэффициенты статора и ротора, указывающие степень использования магнитного потока Ф в обмотках статора и ротора.

Так как цепь ротора замкнута, то в обмотке ротора под действием ЭДС Е2 протекает ток I2. Взаимодействие тока ротора с магнитным полем машины приводит к возникновению вращающего электромагнитного

где С – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя; cosφ2 – коэффициент мощности цепи ротора; I2·cosφ2 – активная составляющая тока ротора.

Ротор вращается в том же направлении, что и магнитное поле статора. Частота вращения ротора асинхронной машины, работающей в режиме двигателя, всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора, так как только в этом случае будет иметь место изменение магнитного потока,

При неподвижном роторе (n2=0) S=1.

Таким образом, в момент пуска двигателя S=1.

Если ротор двигателя вращается с такой же частотой, что и магнитное поле статора (n2= n1), то S=0. Такой режим называется режимом идеального холостого хода.

Номинальное значение частоты вращения ротора n2н, соответствующее расчетным значениям нагрузки, частоты и напряжения сети, указывается

где Е2к – ЭДС при неподвижном роторе (является параметром двигателя). Таким образом, ЭДС, наводимая в обмотке ротора вращающимся

магнитным полем, прямо пропорциональна величине скольжения.

4.5. Механические характеристики асинхронного двигателя

Эксплуатационные параметры асинхронного двигателя наглядно иллюстрируются механическими характеристиками.

Механические характеристики М=f(S) и n2=f(M) могут быть рассчитаны и построены в соответствии с уравнением

где М – вращающий момент; U1Ф – фазное напряжение статорной обмотки; S – скольжение; R1, X1 – значения активного и индуктивного сопротивлений статорной обмотки; R2, X2 – приведенные значения активного и индуктивного сопротивлений роторной обмотки; f1 – частота

напряжения питания статорной обмотки; р – число пар полюсов; 0 2πf1 p

– угловая скорость вращения магнитного поля.

По зависимости М=f(S) легко построить характеристику n2=f(M).

Для построения механической характеристики по уравнению (168) необходимо произвести расчет параметров электрической цепи обмоток статора и ротора. Для расчета эти данные можно найти лишь в полных каталогах асинхронных машин.

В эксплуатационных условиях для расчета и построения механических характеристик по паспортным данным пользуются упрощенной формулой

Sкр S

где Мкр – критический (максимальный) вращающий момент, который может развивать двигатель; Sкр – скольжение, соответствующее критическому моменту.

где λ – коэффициент перегрузки по моменту; Мн – номинальный момент двигателя.

где Р2н – номинальная мощность двигателя на валу в кВт; n2н –

номинальная частота вращения ротора в об .

мин

Скольжение, соответствующее критическому моменту,

Зная Мкр и Sкр и задаваясь значениями скольжения S в пределах от 0 до 1, по уравнению (169) рассчитывают и строят механическую характеристику двигателя М=f(S).

Механическую характеристику n2=f(M) (рис. 64) можно получить из характеристики М=f(S), учитывая, что

n2=n1(1–S), (173)

где n1 – частота вращения магнитного поля.

n2

S=0,n1 1 2

Sн, n2н

Sкр, n2кр 3

М

4

Рис. 64. Механическая характеристика асинхронного двигателя

На графике механической характеристики (см. рис. 64) можно выделить четыре основные точки: 1) S=0, n2=n1, M=0; 2) S=Sн, n2=n2н,

M=Mн; 3) S=Sкр, n2=n2кр, M=Mкр; 4) S=1, n2=0, M=Mп (Mп – пусковой момент).

Точка 1 соответствует режиму идеального холостого хода, когда отсутствует момент сопротивления на валу двигателя, возникающий за счет полезной нагрузки, трения в подшипниках, сопротивления воздуха.

Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя. Точка 3 соответствует критическому режиму, когда двигатель

развивает максимально возможный момент. При увеличении момента нагрузки двигатель выходит из рабочего режима и останавливается.

Точка 4 соответствует пусковому режиму двигателя. Ток ротора по закону Ома определяется выражением