Несимметрия в цепи статора

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций. Рассмотрим влияние этой несимметрии на работу асинхронного двигателя, используя метод симметричных составляющих. Если пренебречь насыщением, то рабочие характеристики двигателя при несимметричном напряжении можно получить методом наложения, считая, что на зажимах машины действуют независимо друг от друга напряжения прямой и обратной последовательностей (нулевая последовательность при симметричной обмотке статора не оказывает влияния на работу двигателя):

Система напряжений прямой последовательности создает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, образующие поле , вращающееся относительно ротора со скольжением  (рис. 4.36) и создающее момент . Система напряжений обратной последовательности создает в обмотках статора и ротора токи обратной последовательности, образующие обратно вращающееся поле , по отношению к которому ротор вращается со скольжением . Момент, создаваемый этим полем, будет действовать против направления вращения: .

Здесь  и  из-за различного влияния вихревых токов при частотах  и . Если степень несимметрии напряжения  невелика (), то результирующий момент М остается положительным (рис. 4.37), но при этом уменьшаются максимальный и пусковой моменты, следовательно, в рабочих режимах двигатель будет иметь повышенное скольжение, большие потери и низкий КПД. Необходимо также отметить, что наряду с постоянными моментами  и  в машине возникнут также пульсирующие моменты, обусловленные взаимодействием обратных токов ротора с полем статора прямой последовательности и прямых токов ротора с полем статора обратной последовательности. Эти моменты пульсируют с частотой  и создают сильные вибрации. Таким образом, несимметрия напряжения сети ухудшает условия работы асинхронных двигателей, и ее следует по возможности устранять.

Несимметрия в цепи ротора

Несимметрия в цепи ротора возникает из-за разрыва стержней короткозамкнутой обмотки ротора, а в машинах с фазным ротором - из-за неисправности щеточного узла и пуско-регулирующих устройств. В результате несимметрии электрической цепи ротора в нем возникает несимметричная система токов. Разложим ее на две симметричные системы токов прямой и обратной последовательности. Токи ротора прямой последовательности создают поле , неподвижное относительно поля статора (рис. 4.38),

В результате их взаимодействия возникает момент , аналогичный моменту двигателя с симметричным ротором. Токи ротора обратной последовательности создают поле , вращающееся относительно ротора с частотой  против направления вращения самого ротора, поэтому относительно статора это поле будет вращаться с частотой

и наводить в статоре токи частоты , которые замыкаются через сеть. При  поле обратной последовательности  неподвижно относительно статора, оно не создает в статоре токов и, следовательно, момент , обусловленный этим полем, будет равен нулю. При  поле  вращается относительно статора в обратном направлении () и стремится повернуть статор в обратном направлении. Но так как статор жестко закреплен, то момент  будет действовать на ротор в направлении вращения (). При  поле  вращается относительно статора в прямом направлении (), а созданный этим полем момент  будет действовать на ротор против направления вращения ротора (). Кривые результирующего момента  будут иметь провал при скольжении  (рис. 4.39). Максимально этот эффект проявляется при обрыве одной фазы ротора. В этом случае асинхронный двигатель даже при пуске без нагрузки застревает на половинной скорости. Если обрыв произойдет во время работы, скольжение двигателя возрастет, и он будет сильно греться, а при больших нагрузках может перейти в зону скольжения . Для уменьшения провала в кривой момента  можно в цепь ротора на период пуска включить дополнительное сопротивление . При этом максимум момента  смещается в сторону больших скольжений, а провал момента уменьшается. При  величина провала оказывается минимальной. Такой способ пуска применяется в синхронных двигателях.