Принцип действия асинхронного электродвигателя

Если подключить трёхфазную обмотку статора асинхронного электродвигателя к трёхфазной системе напряжений (рис. 5.13), то в каждой фазе обмотки возникнут переменные магнитные потоки Ф, Ф₂, Ф₃, которые так же, как и фазные напряжения будут изменяться по синусоидальному закону и смещены во времени относительно друг друга на угол 120°. Вследствие того, что магнитные потоки фаз смещены друг друга относительно друга и в пространстве на угол 120°, то результирующий магнитный поток статора электродвигателя Ф^, окажется вращающимся в пространстве.

Действительно, магнитные потоки статора, создаваемые переменными токами, пропорциональны соответствующим фазным напряжениям (Ф, «V_А; Ф₂ ~ 11 _в; Ф₃ ~и_с), поэтому мгновенные значения магнитных потоков, создаваемых каждой из фаз во времени, можно записать в следующем виде:

В комплексной форме выражения для магнитных потоков фаз статора в пространстве (с учетом того, что магнитный.

Рис. 5.13. Схема включения трехфазной обмотки статора асинхронного двигателя

поток фазы А совпадает с положительной вещественной осью), можно записать в следующем виде:

Результирующий магнитный поток статора:

Из этого выражения следует, что результирующий магнитный поток статора электродвигателя в пространстве является вращающимся, поскольку при:

Рис. 5.14. Изменение результирующего магнитного потока во времени на комплексной плоскости

Из полученных выражений видно, что с изменением времени вектор результирующего магнитного потока статора (рис. 5.14) будет вращаться на комплексной плоскости.

Частота вращения (скорость вращения) магнитного потока статора в пространстве п_{(об/мин) определяется выражением:

где / — частота питающего напряжения, Гц; р — число пар полюсов обмотки статора.

Из полученного выражения видно, что при - 50 Гц:

Вращающийся магнитный поток статора пересекает обмотки статора и ротора и наводит в них ЭДС, при этом в обмотках статора и ротора протекают токи /, и /₂.

В процессе работы двигателя токи в обмотках статора и ротора создают в машине две магнитодвижущие силы: статора и ротора. Совместным действием этих МДС в двигателе создается результирующий магнитный поток, вращающийся относительно статора с синхронной частотой вращения и,. Магнитный поток можно рассматривать состоящим из основного потока Ф, сцепленного как с обмоткой статора, так и с обмоткой ротора, и двух потоков рассеяния: обмотки статора Ф_а1, который замыкается только по магнитопроводу статора и воздуху, и обмотки ротора Ф_а2, который замыкается только по магнитопроводу ротора и воздуху.

Основной магнитный поток Ф, вращающийся с частотой /?, наводит в неподвижной обмотке статора ЭДС Е₁, величина которой определяется уравнением:

где уу, — число витков в обмотке статора; К _о61 — обмоточный коэффициент обмотки статора.

Магнитный поток рассеяния Ф_ст1 наводит в обмотке статора ЭДС рассеяния, величина которой определяется индуктивным падением напряжения в обмотке статора:

где х₁ — индуктивное сопротивление рассеяния одной фазы обмотки статора.

Кроме того, в обмотке статора имеет место падение напряжения в активном сопротивлении.

где Л, — активное сопротивление одной фазы обмотки статора.

Таким образом, напряжение сети С/, подведенное к обмотке статора, уравновешивается суммой ЭДС и падением напряжения в Л:

В процессе работы двигателя под действием момента двигателя ротор вращается в сторону вращения магнитного поля статора с частотой п₂. Поэтому частота вращения поля статора относительно ротора равна разности частот и, — п₂. Основной магнитный поток Ф, обгоняя ротор со скоростью п₁-п₂, индуцирует в обмотке ротора ЭДС Е_2!, которая пропорциональна частоте вращения /₂ магнитного поля АД относительно ротора:

где /₂ — частота ЭДС ротора; И>₂ — число последовательно соединенных витков одной фазы обмотки ротора; к_об2 — обмоточный коэффициент обмотки ротора.

где  — скольжение двигателя.

Подставив (5.16) в (5.15) получим.

где Е₂ — ЭДС, наведённая в обмотке ротора при скольжении 5 = 1, т. е. при неподвижном роторе.

Поток рассеяния ротора Ф_а2 индуцирует в обмотке ротора ЭДС рассеяния, величина которой определяется индуктивным падением напряжения в этой обмотке:

где ;с₂ — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки при неподвижном роторе (8=1).

В процессе работы АД с короткозамкнутым ротором его обмотка замкнута накоротко, поэтому сумма ЭДС цепи ротора равна нулю.

где Я₂ — активное сопротивление цепи ротора.

Разделив все члены уравнения (5.19) на 5, получим уравнение для ЭДС обмотки ротора.

Из уравнений (5.11) и (5.14) следует, что при /?, = 0 и х_{ = 0 основной магнитный поток машины Ф, создаваемый результирующей МДС машины, будет пропорционален напряжению сети ?/, и поэтому практически постоянен во всех режимах её работы. Поэтому и результирующая МДС Е₀, равная сумме МДС ротора Е, и статора ^ (^₀~&⁺&) будет также постоянной.

Уравнению МДС соответствует уравнение токов.

где 1₀ — ток намагничивания двигателя; /, — ток статора; 1₂ — ток ротора приведенный к обмотке статора (коэффициент приведения, как для трансформатора определяется отношением числа витков обмоток).

Из (5.21) следует, что ток статора состоит из двух составляющих

Нагрузка на валу двигателя влияет на величину скольжения 5, которое определяет ЭДС Е_2! = и ток ротора 1₂. Последний в соответствии с (5.22) вызывает изменение тока статора /,.

В режиме холостого хода, когда нагрузка на валу мала или отсутствует: (5 = 0 и /₂ = 0), ток в обмотке статора /, «/₀ равен току намагничивания. Если же ротор стопорить, не отключая обмотки статора от сети (режим короткого замыкания), то скольжение 5 = 1 и ЭДС обмотки ротора Е_ъ достигнет своего наибольшего значения Е₂. Также наибольшего значения достигнет ток /₂, а следовательно, и ток в обмотке статора /,.