ГЛАВА ТРЕТЬЯ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ 3 1 Асинхронная машина

ГЛАВА ТРЕТЬЯ АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ 3. 1 Асинхронная машина при неподвижном роторе

Рассмотрим многофазную АМ с заторможенным ротором. Для определенности будем иметь в виду АМ с трехфазными обмотками на статоре и роторе (рис. 3. 1). Предположим, что первичная обмотка включается в трехфазную сеть с фазным напряжением U 1, а к фазам вторичной обмотки подключена нагрузка ZНГ.

Насыщение АМ определяется суммарный магнитный поток, создаваемой обмотками статора и ротора. Как и у трансформатора, результирующий поток индуктирует в первичной и вторичной обмотках ЭДС Е 1, Е 2. Напряжение на сопротивлении нагрузки U 2 равно Е 2 минус падение напряжения во вторичной обмотке.

Приведение обмотки ротора к обмотке статора. В тех же целях, как и для трансформатора, приведем вторичную обмотку АМ к первичной. Для этого можно представить себе, что реальная вторичная обмотка заменяется приведенной, которая устроена так же, как и первичная обмотка, и имеет с нею одинаковые числа фаз и витков в фазе, а также одинаковый обмоточный коэффициент основной гармоники.

Приведенные величины обозначаются штрихами. Приведенные напряжения и токи вторичных обмоток должны быть рассчитаны таким образом, чтобы энергетические и основные электромагнитные соотношения в машине не нарушались.

Введем понятия коэффициент трансформации или коэффициент приведения ЭДС и коэффициент трансформации тока

В отличие от трансформатора для АМ в выражения для k. U и ki входят также обмоточные коэффициенты. Таким образом, при неподвижном роторе АМ можно рассматривать как трансформатор, в котором электрическая энергия первичной цепи за вычетом потерь превращается в электрическую же энергию вторичной цепи. Во вращающейся же АМ в двигательном режиме работы электрическая энергия, потребляемая первичной обмоткой из питающей сети за вычетом потерь в машине превращается в механическую энергию на валу машины.

В генераторном режиме, наоборот, механическая энергия, подводимая к валу, превращается в электрическую энергию в первичной обмотке и передается в сеть. Кроме того, режим работы АМ при вращающемся роторе более сложен в том отношении, что в этом случае частоты токов первичной и вторичной цепей не равны. По этой причине невозможно изобразить первичные и вторичные электрические величины на общей временной векторной диаграмме.

Для изображения первичных и вторичных электрических параметров на общей векторной диаграмме заменяют вращающуюся АМ эквивалентной ей по энергетическим и электромагнитным соотношениям машиной с заторможенным ротором, т. е приводят режим работы вращающейся АМ к эквивалентному режиму работы этой же машины при неподвижном роторе.

При такой замене ЭДС и индуктивное сопротивление вторичной цепи будут соответствовать реальным значениям этих величин при неподвижном роторе, но вместо активного сопротивления r 2 эта цепь должна содержать сопротивление r 2/s, т. е активное сопротивление должно быть увеличено на величину

Введем коэффициент приведения сопротивлений вторичной цепи к первичной kr =kik. U. Приведенные активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора

3. 2. Обмотки асинхронных машин Вращающееся поле в АМ создается обмоткой статора, которая подключается к сети. Большинство АМ имеют трехфазные симметричные обмотки. Обмотки статора и фазные обмотки ротора АМ выполняются одно- и двухслойными. В зависимости от мощности и напряжения применяются петлевые и волновые обмотки.

Статорные обмотки в АД серии 4 А выполняются только петлевыми. Двухслойные обмотки применяются в ЭД мощностью свыше 100 к. Вт. В диапазоне 15 -100 к. Вт применяются одно-двухслойные, которые сочетают преимущества одно- и двухслойных обмоток. Эти обмотки допускают укорочение шага.

Во многих ЭП требуется ступенчатое регулирование частоты вращения. Это можно осуществить путем переключения числа пар полюсов АМ. Для этого надо в пазы статора положить две обмотки на разное число полюсов. При этом ротор с короткозамкнутой обмоткой обеспечивает работу АМ с высокими энергетическими показателями при разных синхронных частотах вращения.

Однако с двумя обмотками статора использование активных материалов плохое, т. к. одна их обмоток не будет использоваться. Обмотки ротора АМ можно разделить на две группы: короткозамкнутые и фазные.

Короткозамкнутая обмотка с простой беличьей клеткой состоит из ряда медных или чугунных стержней круглого сечения, уложенных в пазы. Стержни с обеих сторон магнитопровода ротора приваются к медным кольцам.

Для улучшения пусковых характеристик АД применяют ротор с глубокими пазами, когда беличья клетка выполняется из стержней прямоугольного сечения. В единых сериях короткозамкнутые обмотки ротора изготовляются путем заливки пазов алюминием. При заливки вместе со стержнями отливаются и короткозамкнутые кольца.

Низковольтные АД единой серии изготавливаются на напряжения 220, 380 и 660 В. На доске выводов обмоток располагают т. о. , чтобы их можно соединять в звезду и треугольник. При большем напряжении обмотки соединяют в звезду, а при меньшем – в треугольник. Обмотки высоковольтных АМ соединяются в звезду.

3. 3. Схемы замещения АМ Различают Т-образную и Г – образную схемы замещения Гобразная схема замещения представлена на рис. 3. 2. Схемы замещения АМ отражают все основные процессы, происходящие в ней и представляют собой удобную основу для изучения режимов работы.

3. 4. Режимы работы АМ, энергетические соотношения Двигательный режим (0 < s < 1). В этом режиме передача энергии осуществляется от сети к нагрузке. АД потребляет из сети активную мощность Часть этой энергии теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении первичной обмотки

Другая часть энергии – выделяется в виде магнитных потерь рмг в сердечнике статора. Оставшаяся часть мощности представляет собой электромагнитную мощность Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь рэл в активном сопротивлении обмотки ротора

оставшаяся часть мощность превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на роторе. Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь (на вентиляцию, на трение в подшипниках и на щетках машин с ф. р. ). Энергетическая диаграмма АМ в приведена на рис. 3. 3

Векторная диаграмма АМ в двигательном режиме приведена на рис. 3. 4. (нарисовать на лекции самостоятельно)

3. 5. Механические характеристики АМ Для вывода уравнения механической характеристики рассмотрим баланс мощности в двигателе.

уравнение электромеханической характеристики асинхронного двигателя.

уравнение механической характеристики Уравнение имеет два максимума: один в двигательном режиме, другой – в режиме рекуперации энергии в сеть. Для определения значений этих максимумов необходимо взять производную от выражения механической характеристики и приравнять к нулю (самостоятельно на лекции найти экстрельные значения скольжения и момента)

В результате определим значение критического скольжения, при котором двигатель развивает максимальный (критический) момент

Подставив значение критического скольжения в выражение механической характеристики получим выражение для критического момента

Уточненная формула Клосса где – расчетный параметр

Для крупных двигателей значение активного сопротивления статора не велико, то есть , в результате получим, так называемую, упрощенную формулу Клосса

Основное преимущество записи уравнения механической характеристики в виде формул Клосса заключается в том, что для этих выражений достаточно знать лишь параметры, которые обычно указываются в каталогах или могут быть найдены по данным каталогов.

В каталогах на асинхронные двигатели, помимо номинальных данных: и других, приводится также кратность максимального момента в двигательном режиме по отношению к номинальному: . . Это отношение часто называют также перегрузочной способностью двигателя.

(Нарисовать на лекции по паспортным данным двигателя механическую характеристику АД во всех режимах работы при вращении АД «Вперед» и «Назад» )

№ вари анта Pн , к. Вт nн , об/м ин Rс , Ом Хс , Ом Rр, Ом Хр, Ом ke d 1 2, 2 885 3, 67 2, 47 0, 62 2, 65 2 0, 5 2 3, 5 910 2, 09 2, 565 0, 77 0, 73 1, 76 3 0, 4 3 5, 0 940 1, 11 1, 07 0, 24 0, 406 2, 2 4 0, 3 4 7, 5 945 0, 685 0, 735 0, 29 0, 544 1, 59 5 0, 6 5 3, 5 910 2, 09 21, 56 5 0, 77 0, 73 1, 76 6 0, 7 6 7, 5 953 0, 788 0, 898 0, 211 0, 33 1, 94 7 0, 8 7 11, 0 715 0, 43 0, 515 0, 084 0, 171 2, 33 8 0, 9 8 16, 0 718 0, 271 0, 354 0, 105 0, 239 1, 63 10 0, 6 5 9 22, 0 723 0, 179 0, 297 0, 05 0, 136 1, 84 4, 5 0, 7 5 0 30, 0 725 0, 136 0, 225 0, 059 0, 174 1, 41 6, 5 0, 2

Необходимо подчеркнуть, что абсолютные значения критического скольжения в двигательном режиме и в режиме рекуперации энергии в сеть одинаковы. Значение критического момента в генераторном режиме Мкг больше, чем соответствующее значение в двигательном режиме Мкд, то есть

(самостоятельно нарисовать оси ординат: скольжения и момента и расставить значения скольжения по оси ординат выше и ниже оси абсцисс, определив какие значения скольжения характерны для всех режимов работы АД: двигательном , рекуперативного торможения, торможения противовключением, динамическом торможении)

Каждому режиму работы асинхронного двигателя соответствует определенная область скольжений.

Для асинхронного двигателя существуют два типа электромеханических характеристик: