 |  |
|
|
|
| | | Режимы работы асинхронных электродвигателей | | |
Режимы работы асинхронных электродвигателей
Подключим обмотку статора к сети трехфазного переменного тока. Внутри статора возникает магнитное поле, вращающееся со скоростью n o. Магнитные линии поля будут пересекать обмотку неподвижного ротора и индуктировать в ней э. д. с. Е 2s. Под действием э. д. с. Е 2s в обмотке ротора будет протекать ток I 2. Ток ротора, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем, создает вращающий момент, под действием которого ротор начинает вращаться в сторону вращения поля со скоростью, меньшей скорости вращающегося поля. Если предположить, что ротор будет иметь такую же скорость вращения, как и магнитное поле, то токи в обмотке ротора исчезнут. С исчезновением токов в обмотке ротора прекратится взаимодействие их с магнитным полем и ротор станет вращаться медленнее вращающегося поля. При этом обмотка ротора вновь начнет пересекаться вращающимся полем и на ротор снова будет действовать вращающий момент. Следовательно, ротор при своем вращении всегда должен отставать от скорости вращения магнитного поля статора, т. е. вращаться с меньшей скоростью, почему эти двигатели и получили название асинхронных.
Если через n o обозначить скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость), а через n – скорость вращения ротора двигателя, то разность n o - n будет называться скоростью скольжения. Отношение скорости скольжения к скорости вращающегося магнитного поля называется скольжением двигателя и обозначается буквой S.
S = (n o - n)/n o,
откуда скорость вращения ротора двигателя
n = n o(1 - S).
Если, например, магнитное поле делает 1500, а ротор 1450 об/мин, то скольжение
S = (n o - n)/n o = (1500-1450)/1500 = 0,033 = 3,3%.
В момент пуска двигателя, когда скорость ротора n = 0, скольжение
S = n o/n o = 1, или 100%,
при холостом ходе n ≈ n o, поэтому скольжение
S = (n o - n)/n o ≈ 0.
Скольжение асинхронного двигателя в зависимости от нагрузки меняется незначительно (1-6%). Чем больше мощность двигателя, тем меньше его скольжение.
Асинхронная машина, работая в режиме двигателя, изменяет скорость вращения от n = 0 (момент пуска) до n ≈ n o (холостой ход) и соответственно скольжение от S = 1 до S ≈ 0.
Скольжение S характеризует скорость пересечения обмоток ротора вращающимся магнитным полем. Поэтому с изменением скорости вращения двигателя изменяется скольжение S и соответственно изменяется частота электродвижущей силы и токов в роторе, что видно из уравнения:
f 2 = p(n o - n)/60 = pn o/60 ∙ (n o - n)/n o = f 1 ∙ S.
При пуске двигателя S = 1; f 2 = f 1,
при холостом ходе S ≈ 0, f 2 ≈ 0.
Например, если f 1 = 50 Гц, то при пуске f 2 = 50 Гц. При скольжении S = 2% частота тока в роторе
f 2 = f 1 ∙ S = 50 ∙ 0,02 = 1 Гц.
Наибольшее значение э. д. с. Е 2 в обмотке ротора асинхронного двигателя возникает в момент пуска, когда ротор неподвижен (n = 0, S = 1) и магнитный поток пересекает обмотку ротора с максимальной скоростью. Поэтому величина тока ротора, а следовательно, и тока статора в этот момент будет также наибольшей.
Особенно велик пусковой ток у асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором из-за отсутствия токоограничивающих сопротивлений в его цепи. Пусковой ток у этих двигателей может превышать номинальное значение тока в 5-7 раз:
I п = (5 ч 7)I н.
В этом заключается основной недостаток асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
У асинхронных двигателей с фазным ротором удается при помощи пускового реостата значительно уменьшить пусковой ток. У этих двигателей пусковой ток только в 2-2,5 раза больше номинального тока:
I п = (2 ч 2,5)I н.
Электромагнитные процессы, происходящие в асинхронном двигателе, во многом подобны процессам, происходящим в трансформаторе.
Двигатель, как и трансформатор, имеет две обмотки, между которыми существует магнитная связь. Роль первичной обмотки трансформатора выполняет в двигателе обмотка статора, роль вторичной – обмотка ротора.
При работе асинхронного двигателя по обмоткам статора W 1 и ротора W 2 протекают соответственно токи I 1 и I 2, которые создают две намагничивающие силы W 1I 1 и W 2I 2. Совместным действием этих намагничивающих сил в машине создается результирующий магнитный поток Ф. Как и в трансформаторе, напряжение на зажимах обмотки статора U 1 уравновешивается почти полностью э. д. с. Е 1, индуктированной в этой обмотке вращающимся магнитным полем. Величина результирующего магнитного потока Ф определяется величиной напряжения U 1 и почти не зависит от величины нагрузки.
Взаимное отношение токов статора и ротора в асинхронных двигателях аналогично соотношению первичного и вторичного токов в трансформаторе. Ток статора является намагничивающим, а ток ротора, согласно правилу Ленца, является размагничивающим.
При работе электродвигателя без нагрузки (холостой ход) скольжение S очень мало. С увеличением нагрузки на валу двигателя скорость вращения ротора уменьшается, а скольжение S увеличивается. В связи с этим возрастает скорость пересечения витков обмотки ротора вращающимся магнитным полем, а следовательно, увеличиваются индуктированная в роторе э. д. с. Е 2 и ток I 2. Так как результирующий магнитный поток Ф должен оставаться при этом неизменным, то возрастание размагничивающего тока I 2 вызывает соответственно увеличение тока I 1, потребляемого обмоткой статора из питающей сети. По амперметру, включенному в цепь статора, можно, таким образом, судить о нагрузке двигателя.
Разница между асинхронным двигателем и трансформатором заключается, во-первых, в конструкции магнитной цепи. У двигателя цепи (первичная и вторичная) разделены воздушным промежутком, чего не бывает у трансформаторов обычной конструкции. При работе двигателя ротор вместе с его обмоткой вращается.
Во-вторых, в асинхронном двигателе электрическая энергия, потребляемая из сети, за вычетом потерь в двигателе, преобразуется в механическую энергию, используемую для приведения во вращение машины, станка или механизма, соединенного с валом двигателя.
В электрическом двигателе потери складываются из электрических (в обмотках), магнитных (в стали магнитопровода) и механических (трение в подшипниках и трение вращающегося ротора о воздух). Эти потери вызывают нагревание обмоток и других частей машины.
Номинальная мощность электрического двигателя, так же как и трансформатора, определяется предельно допустимой температурой нагрева изоляции обмоток, т.е. главным образом предельно допустимым длительным номинальным током. В паспорте электрического двигателя указывается его номинальная мощность P н (кВт), т.е. механическая мощность на валу двигателя, которая может длительно отдаваться приводимой рабочей машине без перегрева обмоток двигателя. КПД асинхронных двигателей при номинальной нагрузке находится в пределах 85-95% (верхний предел относится к двигателям большей мощности).
Источник: Кузнецов М. И. Основы электротехники. Учебное пособие. Изд. 10-е, перераб. «Высшая школа», 1970.
Генераторный и тормозной режимы асинхронной машины
| | Принцип действия трехфазного асинхронного двигателяХарактеристики асинхронного электродвигателяОднофазные асинхронные электродвигателиУстройство асинхронного электродвигателяКак правильно запустить трёхфазный электродвигатель в однофазной сети? |
| |
| | |
| | |
| 
