12. Электрические машины переменного тока12.2. Асинхронные двигатели.
|
Рис. 12.4 |
Вращающееся магнитное
поле статора представим в виде постоянного магнита, вращающегося
с синхронной частотой вращения n1. В проводниках замкнутой обмотки ротора индуктируются токи. Полюса магнита перемещаются по часовой стрелке. Наблюдателю, разместившемуся на вращающемся магните, кажется, что магнит неподвижен, а проводники роторной обмотки перемещаются против часовой стрелки. Направления роторных токов, определенные по правилу правой руки, указаны на рис. 12.4. |
P | 1 | 2 | 3 | 4 |
---|---|---|---|---|
n1, об/мин | 3 000 | 1500 | 1000 | 750 |
(12.3)
Скорость поля статора относительно ротора называется скоростью скольжения.
Частота тока и ЭДС в роторной обмотке,
. (12.4)
; ,
где Фm - максимальное значение основного магнитного потока, сцепленного со Чтобы получить более благоприятное
распределение магнитной индукции в воздушном зазоре между статором и
ротором, статорные и роторные обмотки не сосредоточивают в пределах
одного полюса, а распределяют по окружностям статора и ротора. ЭДС распределенной
обмотки меньше ЭДС сосредоточенной обмотки. Этот факт учитывается введением
в формулы, определяющие величины электродвижущих сил обмоток, обмоточных
коэффициентов. Величины обмоточных коэффициентов несколько меньше единицы.
ЭДС в обмотке вращающегося ротора
(12.5)
Ток ротора работающей машины где R2 - активное сопротивление роторной обмотки; На ротор и полюсы статора
действуют электромагнитные вращающие
моменты, одинаковые по величине и направленные в противоположные стороны.
Мощность, необходимая для вращения статорных
полюсов с синхронной частотой,
,
где - угловая скорость.(12.7).
.
где , КТ - коэффициент трансформации двигателя с заторможенным ротором.,
где U1 - напряжение сети. где - константа.На рис. 12.5 изображена зависимость электромагнитного момента от скольжения в виде сплошной линии.
Пусть исполнительный механизм, приводимый во вращение данным двигателем, создает противодействующий тормозной момент М2.. (12.9)
Подставив значение критического скольжения в формулу (12.8), получим. (12.10)
Из формул (12.8), (12.9), (12.10) видно:Механической характеристикой асинхронного двигателя называется зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу n2 = f (M2). Механическую характеристику получают при условии U1 - const, f1 - const. Механическая характеристика двигателя является зависимостью вращающего момента от скольжения, построенной в другом масштабе. На рис. 12.6 изображена типичная механическая характеристика асинхронного двигателя.
- величина максимального вращающего момента не зависит от активного сопротивления цепи ротора;
- с увеличением активного сопротивления цепи ротора максимальный вращающий момент, не изменяясь по величине, смещается в область больших скольжений (см. кривая 1 рис. 12,5);
- вращающий момент пропорционален квадрату напряжения сети.
Рис. 12.6 |
С увеличением нагрузки величина момента на валу возрастает до некоторого максимального значения, а частота вращения уменьшается. Как правило, у асинхронного двигателя пусковой момент меньше максимального. Это объясняется тем, что в пусковом режиме, когда n2 = 0, а S = 1 асинхронный двигатель находится в режиме, аналогичном короткому замыканию в трансформаторе. Магнитное поле ротора направлено встречно магнитному полю статора. |
Из формулы (12.2) получим
. (12.11)
Из формулы (12.11) видно, что частоту вращения асинхронного двигателя можно менять тремя способами:Асинхронные двигатели имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации. Недостатком асинхронных двигателей является трудность регулирования их частоты вращения.
- изменением частоты питающего напряжения;
- изменением числа полюсов двигателя. Для этого в пазы статора закладывают обмотку, которую можно переключать на различное число полюсов;
- изменением скольжения. Этот способ можно применить в асинхронных двигателях с фазным ротором. Для этого в цепь ротора включают регулировочный реостат. Увеличение активного сопротивления цепи ротора приводит к увеличению скольжения от Sa к Sг (см. рис. 12.5), а, следовательно, и к уменьшению частоты вращения двигателя.
Однофазный двигатель
имеет одну обмотку, расположенную на статоре. Однофазная обмотка, питаемая
переменным током, создаст пульсирующее магнитное поле. Поместим в это
поле ротор с короткозамкнутой обмоткой. Ротор вращаться не будет. Если
раскрутить ротор сторонней механической силой в любую сторону, двигатель
будет устойчиво работать.
Объяснить это можно следующим образом.
Пульсирующее магнитное поле можно
заменить двумя магнитными полями,
вращающимися в противоположных направлениях с синхронной частотой n1
и имеющими амплитуды магнитных потоков, равные половине амплитуды магнитного
потока пульсирующего поля. Одно из магнитных полей называется прямовращающимся,
другое - обратновращающимся. Каждое из магнитных полей индуктирует в
роторной обмотке вихревые токи. При взаимодействии вихревых токов с
магнитными полями образуются вращающие моменты, направленные встречно
друг другу.
На рис. 12.7 изображены зависимости
момента от прямого поля М', момента от
обратного поля М" и результирующего момента М в функции скольжения М
= М' - M".
Рис. 12.7
.
Скольжение двигателя относительно обратновращающегося магнитного поля.
Рассматривая результирующую характеристику, можно сделать следующие выводы:1. Однофазный двигатель не имеет пускового момента. Он будет вращаться в ту сторону, в которую раскручен внешней силой.Для создания пускового момента однофазные двигатели снабжают пусковой обмоткой, пространственно смещенной относительно основной, рабочей обмотки на 90o. Пусковая обмотка подключается к сети через фазосдвигающие элементы: конденсатор или активное сопротивление.
2. Из-за тормозного действия обратновращающегося поля характеристики однофазного двигателя хуже, чем трехфазного.
Рис. 12.8 |
На рис. 12.8 показана схема
включения обмоток двигателя, где Р - рабочая обмотка, П - пусковая
обмотка. Емкость фазосдвигающего элемента С подбирают таким образом,
чтобы токи в рабочей и пусковой обмотках различались по фазе на
90o. Трехфазный асинхронный двигатель может работать от однофазной сети, если подключить его обмотки по следующим схемам.(Рис. 12.9) |
Рис.12.9