- •Схемы замещения асинхронной машины
- •Для этого режима сопротивления схем замещения
- •Генераторный режим
- •Режим противовключения
- •Электромагинтый момент Выражение для электромагнитного момента
- •Полезный вращающий момент
- •Пуск трехфазных асинхронных двигателей прямой пуск
- •АвтотрансформаторныЙ пуск
- •Пуск переключением «звезда—треугольник»
- •Импульсное регулирование скорости
- •Магнитное поле и параметры обмотки якоря
- •Характеристики синхронных генераторов
АСИНХРОННАЯ МАШИНА.
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ.
Асинхронная машина это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой отличается от частоты вращения основной гармонической магнитного поля воздушного зазора.
Частота вращения основной гармонической магнитного поля:
, где - частота вращения ротора.
Для оценки частоты вращения ротора, а следовательно оценки возможного режима асинхронной машины вводится специальный параметр – скольжение ротора.
Скольжение – это относительная разность частот вращения основной гармонической магнитного поля и ротора.
Устройство асинхронной машины.
В асинхронной машине принято выделять неподвижную часть – статор, вращающуюся часть ротор.
1 — кабельная муфта; 2 — выводная коробка концов обмотки статора; 3 — кольцевые шпонки крепления сердечника ротора; 4 — нажимные шайбы сердечника ротора; 5 — вал ротора; 6 и 30 — шариковый и роликовый подшипники; 7 — медные соединительные хомутики стержней обмотки ротора: 8 —диффузоры для направления поступающего через подшипниковые щиты охлаждающего воздуха; 9 — стержни обмотки ротора; 10 — бандажные кольца; 11 — обмотка статора; 12 — проволочные бандажи ротора; 13 — подъемные кольца; 14 — дуговые шпонки; 15 — кольцевые изоляционные прокладки; 16 — радиальные вентиляционные каналы; 17 — сердечник ротора; 18 — литой корпус статора; 19 — сердечник статора; 20 и 21 — нажимные пальцы и кольца сердечника статора; 22 — кольцо для соединения концов обмотки ротора в звезду; 23 — междукатушечные и междугрупповые соединения обмотки статора; 24 — выводы концов обмотки ротора к контактным кольцам; 25 и 27 — коробка и колпак контактных колец; 26 — контактные кольца; 28 — подвижная втулка с контактами для замыкания выводов обмотки ротора накоротко; 29 — муфта для вывода концов обмотки ротора к внешней цепи
Неподвижная часть машины переменного тока называется статором, а подвижная часть - ротором. Сердечники статора и ротора асинхронных машин собираются из листов электротехнической стали, которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон масляно-канифольным изоляционным лаком. Сердечники машин малой мощности иногда собираются из листов без лакового покрытия, так как в этом случае достаточной изоляцией является естественный или искусственно созданный слой окислов на поверхности листов стали.
Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора — на валу (машины малой и средней мощности) или на ободе с крестовиной и втулкой, надетой на вал (машины большой мощности). Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещаются в подшипниковых щитах, прикрепляемых к корпусу статора (машины малой и средней мощности), или на отдельно стоящих подшипниковых стояках.
На внутренней цилиндрической поверхности статора и на внешней цилиндрической же поверхности ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора. Обмотка статора выполняется обычно трехфазной, присоединяется к сети трехфазного тока и называется поэтому также первичной обмоткой. Обмотка ротора тоже может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в звезду, а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выводятся наружу. Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным кольцам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулировочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов магнитного поля, как и статор.
Другая разновидность обмотки ротора—обмотка в виде беличьей клетки. При этом в каждом пазу находится медный или алюминиевый стержень и концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены с медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Стержни от сердечника обычно не изолируются. В машинах мощностью до 100 кВт стержни и кольца вместе с крылышками для вентиляции обычно изготовляются путем заливки ротора алюминием. Такая асинхронная машина называется машиной с короткозамкнутым ротором. Большинство асинхронных машин, в особенности машины малой и средней мощности, выпускается с короткозамкнутым ротором.
Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям производства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машины. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора составляет 0,4—0,5 мм, а в машинах большой мощности — несколько миллиметров.
Асинхронные машины, как правило, охлаждаются воздухом. Системы вентиляции в принципе являются такими же, как и у машин постоянного тока.
Схемы замещения асинхронной машины
Т - образная схема замещения.
Сопротивлением намагничивающей цепи является главное индуктивное сопротивление первичной обмотки, и по этой цепи протекает намагничивающий ток
Напряжение на зажимах 1 и 2 намагничивающей цепи
Схема 1.
Схема замещения не учитывает магнитных потерь в сердечниках машины.
Потери в сердечнике статора (первичной цепи) могут быть учтены при аналогично тому, как это было сделано для трансформатора, путем включения на зажимы 1 и 2 схемы рис. параллельно сопротивлению активного сопротивления такой величины, что потери в нем будут равны магнитным потерям в сердечнике статора на одну сразу:
откуда
Величину можно найти, если из опытных или расчетных данных известны потери в сердечнике статора при определенном E1 или определенном магнитном потоке. Обычно
Параллельно включенные сопротивления можно объединить в одно общее сопротивление намагничивающей цепи , можно объединить в одно общее сопротивление намагничивающей цепи
или
причем . В результате вместо схемы 1 получим схему 2, которая в несколько ином виде представлена па схеме 3.
Схема 2.
Схема 3.
При этом
и выделено добавочное сопротивление
соответствующее механической мощности, развиваемой на роторе машины. Схема 3 аналогична схеме замещения трансформатора, к вторичным зажимам которой подключено нагрузочное сопротивление
Намагничивающий ток схем 2 и 3 содержит, кроме реактивной составляющей , также активную составляющую , соответствующую магнитным потерям в статоре:
Непосредственный учет магнитных потерь в сердечнике ротора (вторичной цепи) в схеме замещения сложен, так как частота перемагничивания этого сердечника при изменении s изменяется, в результате чего указанные потери при не пропорциональны . В нормальных рабочих режимах машины
(0 < s < 0,05) вследствие малой частоты перемагничивания эти потери вообще незначительны и их можно не учитывать. Если же учет этих потерь все же необходим, то следует иметь в виду, что они покрываются за счет механической мощности.
С увеличением номинальной мощности к.п.д. машины увеличивается, а относительные величины потерь уменьшаются, соответственно чему уменьшаются также относительные величины активных сопротивлений.
Из приведенных данных видно, что сопротивление намагничивающей цепи схемы замещения асинхронных машин значительно меньше, чем у трансформаторов. Это объясняется наличием в магнитной цепи асинхронных машин воздушного зазора между статором и ротором. В связи с этим намагничивающий ток и ток холостого хода асинхронных машин значительно, чем у трансформаторов.
Г - образная схема замещения.
Составим по правилу контурных токов уравнения напряжений схемы 3.
Для преобразования уравнений перейдем в них от переменной к новой переменной по равенству
где C1 — некоторое, неопределенное пока комплексное число. Эту операцию можно рассматривать как новое приведение вторичной цепи, причем C1 является коэффициентом приведения,
откуда
таким образом
Ток I00 представляет собой первичный ток идеального холостого хода асинхронной машины, когда ее ротор вращается с синхронной скоростью (s = 0).