Режимы работы трехфазной асинхронной машины

Режим работы трехфазной асинхронной машины определяется электромагнитным взаимодействием токов в обмотках статора и ротора.

Взаимодействие вращающегося магнитного поля, создаваемого токами в обмотках фаз статора, с токами в обмотке ротора вынуждает ротор вращаться по направлению вращения поля. Однако, чем быстрее вращается ротор, тем меньше индуцируемые в его обмотке ЭДС, а следовательно, и токи. Если частота вращения поля статора пи а частота вращения ротора п, то работу асинхронной машины можно характеризовать скольжением

или

На рис. 14.7 построена линейная характеристика n(s) по (14.2). В зависимости от значения скольжения 5 трехфазная асинхронная машина работает в режиме двигателя, генератора или электромагнитного тормоза.

В режиме двигателя (0<5<1) трехфазная асинхронная машина преобразует электрическую энергию в механическую. Ротор двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой меньшей, чем частота вращения поля. При этом токи в обмотке ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создаваемым токами в обмотках статора, создают вращающий момент, уравновешивающий тормозной момент сил трения и механической нагрузки на валу.

В режиме генератора (s<0) трехфазная асинхронная машина преобразует механическую энергию в электрическую. Ротор генератора вращается в направлении вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора, с частотой большей, чем частота вращения поля.

Рис. 14.7

В режиме электромагнитного тормоза (s> 1) ротор трехфазной асинхронной машины вращается в направлении, противоположном направлению вращения магнитного поля, создаваемого токами в обмотках статора. При этом в машине рассеивается значительная энергия в обмотках и магнитопрово- де на гистерезис и вихревые токи.

Выше отмечалось преимущественное применение асинхронных машин в качестве двигателей. Поэтому в дальнейшем ограничимся анализом работы асинхронного двигателя.

Вращающееся магнитное поле статора асинхронного двигателя

Токи обмоток фаз статора, подключенных к трехфазной сети, возбуждают в двигателе вращающееся магнитное поле статора, которое индуцирует ЭДС в обмотках фаз ротора. Токи в обмотках фаз ротора, возникающие под действием этих ЭДС, возбуждают вращающееся магнитное поле ротора. Частота и направление вращения этих полей одинаковы, что обусловливает результирующее, или рабочее вращающееся магнитное поле двигателя.

Рассмотрим характеристики вращающегося магнитного поля статора, полагая, что цепь ротора разомкнута. Характеристики этого поля зависят от геометрического расположения обмоток фаз на статоре двигателя.

Двухполюсное вращающееся поле статора. Для получения двухполюсного вращающегося магнитного поля необходимо три одинаковые обмотки, т. е. фазы, расположить на статоре так, чтобы утлы между их

2

осями были равны — п. На рис. 14.8, а обмотка каждой фазы условно

показана в виде одновитковой секции и обозначена: А, В, С— начала, X, Y, Z— концы обмоток. Если обмотки фаз соединить звездой

(рис. 14.8, б) (или треугольником) и подключить к трехфазной сети питания, то токи в витках катушек (рис. 14.8, в) будут равны:

Токи обмоток фаз создают магнитные поля. На рис. 14.8, а по правилу буравчика (см. рис. 2.1) показаны направления векторов магнитных индукций полей В^, В?, Вс, создаваемых каждой катушкой вдоль своей оси, изменяющихся во времени синусоидально:

Сумма мгновенных значений векторов этих магнитных индукций образует в пространстве и во времени магнитную индукцию поля статора. Опишем поле статора через его составляющие по двум взаимно перпендикулярным осям х и у, причем оси х дадим направление оси катушки фазы А.

Составляющая вектора магнитной индукции поля статора вдоль оси л: равна алгебраической сумме проекций на эту ось мгновенных значений трех векторов магнитных индукций:

Подставив выражения магнитных индукций из (14.3), получим

или после подстановки значений магнитных индукций из (14.3)

Таким образом, магнитная индукция поля статора

имеет постоянное значение. Угол а, образуемый магнитными линиями поля с осью у (рис. 14.8, г), определяется условием

т. е. а = со/.

Следовательно, двухполюсное магнитное поле статора вращается по направлению движения часовой стрелки с угловой скоростью ПЛСЯГ, равной угловой частоте токов со. Вектор магнитной индукции поля последовательно совпадает по направлению с осью обмотки той из фаз, ток в которой достигает максимального значения, т. е. поле вращается в направлении последовательности фаз токов в обмотках фаз статора.

Чтобы изменить направление вращения магнитного поля статора, достаточно изменить порядок подключения обмоток двух его любых фаз к трехфазному источнику электрической энергии, например как показано на рис. 14.8, б штриховой линией.

На рис. 14.9, а приведена картина пространственного распределения магнитных линий вращающегося магнитного поля статора двухполюсного асинхронного двигателя для некоторого момента времени tx. Для этого же момента времени и для момента времени и > tx на рис. 14.9, б приведены распределения нормальной составляющей магнитной индукции В в зазоре между статором и ротором в зависимости от расстояния z вдоль их окружностей, отсчитываемого от линии 0—0. Линейная скорость перемещения магнитного поля вдоль зазора определяется внутренним диаметром статора D и равна vncraT = Z)QncraT/2.

При частоте синусоидального тока /=50 Гц частота вращения магнитного поля статора двухполюсного асинхронного двигателя равна и, =/ • 60 = 3000 об/мин. На практике в большинстве случаев двигатели имеют меньшую частоту вращения. Это достигается применением многополюсных обмоток статора.

Многополюсное вращающееся поле статора. Если многополюсное вращающееся поле имеет р пар полюсов, то каждая обмотка всех трех фаз статора должна быть разделена на

равных частей, т. е. катушечных групп (см. рис. 14.1,5).

На рис. 14.10, а дана упрощенная схема обмотки статора шестиполюсного двигателя (р = 3), в которой обмотка каждой фазы делится на три части. Каждая катушечная группа изображена в виде одновитко- вой секции, причем соединения катушечных групп wKl, vvK2 и даны только для фазы А. Стороны такой катушечной группы сдвинуты по окружности статора на угол п/р = к/3, что соответствует одному полюсному делению т (14.1).

Распределения магнитных линий поля статора изображены на рис. 14.10, а — г для токов iA, iB, ic в моменты времени txt4 (рис. 14.10, д).

В момент времени /, ток фазы А имеет амплитудное значение. В соответствии с направлениями токов магнитные линии поля статора

Рис. 14.10

Рис. 14.11

в трех местах выходят из сердечника статора (полюсы N на статоре) и в трех входят в него (полюсы S на статоре), образуя, таким образом, три пары полюсов (р = 3).

В следующий момент времени U направления токов, а вместе с ними и распределение магнитного поля статора соответственно изменяются и т. д. Магнитное поле статора за время одного периода синусоидального тока поворачивается на одну треть окружности, т. е. расстояние, соответствующее дуге, занимаемой тремя катушечными группами обмоток фаз на статоре. Эта часть окружности статора соответствует двум полюсам (2р/3) вращающегося магнитного поля статора и называется двойным полюсным делением (2т).

Многополюсное магнитное поле статора за р периодов синусоидального тока делает один полный оборот, за одну секунду — 1 /(рТ) = -f/p оборотов, а частота его вращения, об/мин, составит

где QnxTaT = со/р — угловая скорость поля.

На рис. 14.11 приведены распределения магнитной индукции В поля статора вдоль зазора шестиполюсного двигателя для моментов времени tx и U > г если отсчет расстояния z вдоль зазора аналогичен показанному на рис. 14.9, а.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >