Модуль 2: «Асинхронные машины» (стр. 2 )

.

Распределение токов по окружности статора (рис. 1.3) составляет две зоны, каждая величиной , а направления токов в этих зонах противоположны и токи распределены по поверхности статора по синусоидальному закону.

а)                                                б)

Токи проводников обмотки статора двухполюсной машины создают (рис. 1.2) двухполюсный магнитный поток Ф1, проходящий через статор, ротор и воздушный зазор. При изменении фазы токов на 90° кривая распределения токов и магнитный поток поворачиваются в направлении следования фаз на 90°. При изменении фазы токов еще на 90° ось магнитного потока повернется еще на 90°. Таким образом, обмотка статора двухполюсной машины при питании ее трехфазным током создает двухполюсное вращающееся магнитное поле. При этом за период изменения тока поле поворачивается на или на 360°.

Частота вращения магнитного поля

,  (1.2)

где частота тока статора.

Магнитное поле вращается в направлении чередования фаз А, В, С обмотки статора. Для изменения направления вращения поля на обратное достаточно переменить местами на зажимах обмотки статора концы двух проводников, идущих от питающей сети.

При полюсное деление составляет четверть окружности и каждая фаза простейшей трехфазной обмотки статора состоит из двух витков с шагом , которые сдвинуты относительно друг друга на и соединены последовательно или параллельно. Отдельные фазы и их начала А, В, С при этом также сдвинуты относительно друг друга на 120° эл., составляющих в данном случае 1/6 окружности (рис. 1.4, а).

Такая обмотка, как видно из рис. 1.4, создает кривую распределения тока и магнитное поле с . Это поле также является вращающимся и за один период тока поворачивается на величину двойного полюсного деления , что в данном случае составляет половину окружности (рис. 1.4, б), вследствие чего частота вращения магнитного поля

  (1.3)

В общем случае можно изготовить обмотку с и т. д. При этом получается кривая распределения тока и магнитное поле с парами полюсов. Магнитное поле вращается с частотой (в оборотах  в секунду)

  (1.4)

или в оборотах в минуту

.  (1.5)

В табл. 1.1 приведены частоты вращения магнитного поля обмоток  с различными числами полюсов при стандартной частоте промышленного тока = 50 Гц.

Таблица 1.1

	1	2	3	4	5	6	8	10
, об/мин	3000	1500	1000	750	600	500	375	300

При своем вращении магнитный поток, пересекая витки обмоток статора и неподвижного в момент включения ротора, индуцирует в них, согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС соответственно и . Если обмотка ротора замкнута, то в ней возникают токи , частота которых при неподвижном роторе () равна частоте сети f1.

Если обмотка ротора трехфазная, то в ней индуцируется трехфазный ток. Этот ток создает вращающийся магнитный поток ротора при числе полюсов , направление и частота вращения которого при такие же, как и у потока статора:

  (1.6)

Поэтому потоки и вращаются синхронно и образуют общий вращающийся поток двигателя . В стержнях короткозамкнутого ротора индуцируется многофазная система токов со сдвигом в соседних стержнях по фазе на угол

,  (1.7)

где число стержней ротора. Токи создают вращающийся поток , число полюсов, направление и частота вращения которого такие же, как у потока фазного ротора. Значит, и в этом случае в двигателе образуется общий магнитный поток . Поэтому рассматривают ЭДС, индуцируемые этим магнитным полем.

В результате взаимодействия токов ротора с потоком возникают действующие на проводники ротора механические силы (силы Ампера ) и вращающий электромагнитный момент М.

Характер действия этих сил поясняет рис. 1.5, в верхней части которого показаны вращающаяся со скоростью υ1 синусоидальная волна общего магнитного поля машины и направления ЭДС е2, индуктируемых этим полем в проводниках обмотки неподвижного ротора.  В нижней части рис. 1.5 показаны направления токов i2 проводников обмотки ротора и действующих на них сил для двух случаев: когда угол сдвига фаз Ψ2 между е2 и i2 равен нулю и когда Ψ2 = 90°. При  Ψ2 = 0 (в роторе создается только активная составляющая тока) все силы действуют в сторону вращения магнитного поля. Поэтому вращающий момент

  (1.8)

отличен от нуля и также действует в сторону вращения поля. При Ψ2 = 90° (индуктивный ток) силы действуют в разные стороны и момент равен нулю.

Отсюда следует, что вращающий момент создается только активной составляющей тока ротора:

.  (1.9)

Этот вывод справедлив для всех машин переменного тока. Отсюда следует и другой вывод: магнитное поле создается реактивным током; следовательно, асинхронная машина всегда потребляет для своего намагничивания реактивный ток и всегда работает с отстающим коэффициентом мощности.

Цепь ротора асинхронного двигателя обладает активным сопротивлением, поэтому при пуске двигателя () всегда . В результате развиваемый момент и если он больше статического тормозного момента на валу, то ротор двигателя придет во вращение. Рис. 1.6 иллюстрирует получение вращающего момента в асинхронном двигателе. При вращении магнитного потока по часовой стрелке по правилу правой руки определено направление ЭДС (для этого мысленно останавливают поле и перемещают проводники ротора в сторону, противоположную вращению поля). Активная составляющая тока совпадает по направлению с ЭДС (условные обозначения – крестики и точки – показывают одновременно направление ЭДС и активной составляющей тока). По правилу левой руки определено направление механической силы . Суммарное усилие, приложенное ко всем проводникам ротора, образует электромагнитный момент М, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем с некоторой частотой вращения , т. е. ротор будет вращаться с отставанием относительно поля статора.