4. Основные характеристики ад при работе с номинальной частотой и напряжением

4.1. Принцип действия ад

На статоре АД размещена симметричная трехфазная обмотка, у которой оси фаз смещены в пространстве на . Обмотка статора подключена к трехфазной симметричной системе напряжений, по обмоткам фаз протекают синусоидальные токи, сдвинутые во времени на треть периода. В результате образуется вращающееся магнитное поле, частота которого

(4.1)

.

Трехфазная короткозамкнутая обмотка ротора выполнена в виде «беличьей клетки ». Вращающееся магнитное поле пересекает витки обмотки ротора и индуцирует в них э.д.с., под действием которой в обмотках фаз ротора протекают токи. На проводники с током в магнитном поле действуют электромагнитные силы. Совокупность этих сил создает электромагнитный момент, увлекающий ротор за вращающимся магнитным полем.

При равенстве электромагнитного момента и момента на валу, частота вращения ротора равна . Относительная разность частот вращения магнитного поля и ротора называется скольжением:

(4.2)

.

Наличие скольжения - основная особенность асинхронной машины. В двигательном режиме , приимеет место генераторный режим работы параллельно с сетью, при- генераторный режим торможения противовключением. Скольжениесоответствует режиму идеального холостого хода, а- режиму короткого замыкания.

Обмотка ротора пересекается магнитным потоком с частотой , поэтому частота индуцируемой в ней э.д.с.

(4.3)

.

4.2. Режим холостого хода ад

В режиме идеального холостого хода ,и ротор не оказывает влияние на процессы в двигателе. Если в первом приближении пренебречь потерями и потоком рассеяния, то фазу статора можно представить в виде идеальной катушки (рис 4.1 а,б)

а) б) в)

рис 4.1. Схема замещения (a), векторная диаграмма (б), вебер – амперная характеристика (в) АД в режиме холостого хода

Н

(4.4)

апряжение, подводимое к обмотке статора уравновешивается э.д.с. самоиндукции:

,

где - обмоточный коэффициент;

- число витков обмотки статора;

- основной магнитный поток.

Отсюда следует, что магнитный поток определяется величиной и частотой напряжения:

(4.5)

.

Ток двигателя в данном режиме является намагничивающим и определяется только потоком и магнитными свойствами магнитопровода, т.е. вебер- амперной характеристикой (рис. 4.1 в).

Эти два положения, касающиеся определения потока и тока намагничивания, являются основой для анализа процессов в реальных АД.

4.3. Процессы в ад под нагрузкой

Для анализа установившегося режима АД используют схему замещения и векторную диаграмму (рис 4.2 а, б).

а)

б)

Рис 4.2. Схема замещения (а) и векторная диаграмма (б)

асинхронного двигателя

На схеме замещения сопротивление , определяет величину нагрузки на валу. Сопротивленияиучитывают электрические потери и потоки рассеянияв обмотках статора и ротора. Сопротивлениеучитывает действие основного магнитного потока, пересекающего обмотки статора и ротора. Основной поток наводит в обмотках статора и ротора приведенного АД э.д.с..

Полные потоки статора и ротора:

,

.

Каждый из этих потоков индуцирует соответствующую э.д.с.

Э

(4.6)

лектромагнитный момент АД

,

где - активная составляющая тока ротора

Из схемы замещения

,

из векторной диаграммы

.

Таким образом, выражение момента через скольжение имеет вид

(4.7)

Зависимость приведена на рис. 4.3,а. Учитывая, чтоможно путем пересчета перейти от характеристикик механической характеристике АД (рис. 4.3б).

Отличительной особенностью АД является наличие максимального момента при некотором критическом значении скольжения . При увеличении нагрузки додвигатель теряет устойчивость и останавливается. Физически это объясняется тем, что с ростом скольжения цепь ротора приобретает все более индуктивный характер, увеличивается угол, соответственно уменьшается активная составляющая тока ротора.

а) б)

Рис 4.3. Зависимость момента от скольжения (а) и механическая характеристика АД (б)

Кроме того, с ростом нагрузки уменьшается и поток двигателя. Из векторной диаграммы видно, что чем больше ток , тем больше падения напряжений на сопротивлениях статора, тем меньше при заданном, э.д.с., связанная с основным потоком.

Учитывая что

,

откуда

,

получим другое выражение для момента:

(4.8)

.

Е

(4.9)

сли двигатель работает при скольжениях(на линейном участке механической характеристики), то можно принять, что, тогда

,

т.е. при малых скольжениях момент определяется магнитным потоком и частотой тока ротора.