Принцип действия асинхронного двигателя

ЛЕКЦИЯ № 27

Тема: Асинхронный ход синхронного генератора.

Цель: Изучить физическую сущность асинхронного режима синхронного генератора

План: 1. Принцип действия и режимы работы асинхронной машины.

2. Работа синхронной машины в асинхронном режиме.

3. Расчет параметров асинхронного режима.

Литература: 1. Бургардт К.А., Просужих Р.П.

«Корабельные электрические машины».

Часть 2. 1980.

Лекция обсуждена и одобрена на заседании кафедры

Протокол № _____ от «_____» _____________200 г.

Преподаватель: Просужих Р.П.

Лекция № 27.: Асинхронный ход синхронного генератора.

Принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхронный двигатель представляет собой машину переменного тока, которая служит для преобразования электрической энергии в механическую. Двигатель имеет две основные части: статор, в пазах которого уложена трехфазная обмотка, и ротор, в пазах которого обычно размещают короткозамкнутую обмотку типа «беличья клетка». Обмотка статора по устройству и назначению не отличается от обмоток статора синхронных машин. Если подвести к обмотке статора питание трехфазным переменным током, то она создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого равна об/мин или рад/сек.

В процессе вращения магнитное поле обмотки статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС Е₂, направление которой отвечает правилу правой руки. Соответственно этому направлению по проводникам обмотки ротора будут протекать токи І₂, которые взаимодействуют с магнитным полем обмотки статора и в соответствии с правилом левой руки создают силы F и вращающий момент М, приводящий ротор в движение. Направление движения (вращения) ротора совпадает с направлением вращения поля статора, которое как бы увлекает за собой ротор двигателя. Токи в проводниках ротора создают свое магнитное поле, направленное навстречу магнитному потоку обмотки статора, то есть стремящееся размагнитить машину. Благодаря этому при увеличении нагрузки и тока в обмотке ротора возрастает и ток в обмотке статора (смотри рисунок 1).

Частота вращения ротора всегда меньше частоты вращения поля статора при работе машины в режиме двигателя, так как лишь при этом условии поле статора будет пересекать проводники обмотки ротора и наводить в них токи, создавая вращающий момент. Иначе говоря, ротор вращается несинхронно с полем статора и поэтому двигатель такого типа называют асинхронным. Разность скоростей ротора n и поля статора n₁, то есть скорость, с которой поле статора пересекает проводники вращающегося ротора, называют скоростью скольжения.

или , а относительную величину, равную , называют скольжением.

Частота тока в обмотке ротора определяется скоростью скольжения, следовательно:

.

Здесь учтено, что число пар полюсов обмотки ротора автоматически устанавливается равным числу пар полюсов обмотки статора

р₂ = р₁ = р. Поскольку обмотка ротора по сути дела является многофазной обмоткой переменного тока, то токи І₂ в ней создают вращающееся магнитное поле, которое относительно ротора вращается со скоростью

или .

Тогда в пространстве это поле вращается со скоростью, равной сумме скоростей и , то есть

,

где: - скорость ротора, определяемая из формулы скольжения.

Это значит, что поле обмотки ротора вращается в пространстве синхронно с полем статора, то есть неподвижно относительно последнего.

Асинхронная машина обратима, то есть может работать как двигателем, так и генератором. В последнем случае она должна быть присоединена в сети трехфазного переменного тока, а ее ротор с помощью какого-либо первичного двигателя должен быть приведен во вращение со скоростью Ω, большей скорости поля статора. В режиме генератора асинхронная машина преобразует механическую энергию первичного двигателя в активную электрическую энергию и отдает ее в сеть питания. Одновременно она получает из сети реактивную энергию (мощность), которая необходима машине для создания в ней магнитного поля обмотки статора.

Рабочие свойства асинхронной машины удобно анализировать с помощью ее механической характеристики. Она представляет собой зависимость электромагнитного момента от скольжения М = f (s) при постоянных напряжении и частоте сети. В общих координатных осях можно рассмотреть характеристику М = f (s) как для двигательного

(1-й квадрант), так и для генераторного режимов (3-й квадрант).

		Рисунок 2. Механическая характеристика асинхронной машины

Из графиков видно, что при малых скольжениях момент примерно пропорционален скольжению. При некоторых значениях s_к, которые называют критическим скольжением, момент достигает максимума, затем уменьшается по мере увеличения скольжения. Это обусловлено тем, что с увеличением скольжения возрастает частота тока в обмотке ротора и соответственно индуктивное сопротивление, что ведет к уменьшению влияния активной составляющей тока.