Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

Электромеханическое преобразование энергии может происходить в асинхронном двигателе в следующих трех режимах:

- в режиме двигателя.

- в режиме генератора.

- в режиме тормоза.

Для определения режимов и характеристик работы асинхронного двигателя используют аналитический и графический методы. Графический метод решения основан на построении векторных диаграмм. Он является более наглядным и часто используется для качественного анализа различных режимов работы.

Векторная диаграмма - это изображение синусоидально изменяющихся величин в виде векторов на плоскости.

В режиме двигателя под воздействием электромагнитного момента, направленного в сторону поля, ротор машины вращается в сторону поля со скоростью, меньшей, чем скорость поля.

Электрическая мощность преобразуется в механическую мощность, передаваемую через вал приводимой в движение машины.

Энергетические процессы в режиме двигателя иллюстрируются рис. 3.1, а, на котором направление активной составляющей тока ротора совпадает с индуктированной в роторе ЭДС. Направление электромагнитного момента определяется электромагнитной силой, действующей на ток.

Полезная механическая мощность оказывается меньше потребляемой из сети мощности на потери.

В режиме генератора под воздействием внешнего момента, направленного в сторону поля, ротор машины вращается со скоростью, превышающей скорость поля. В этом режиме в связи с изменением направления вращения поля относительно ротора,активная составляющая тока ротора, изменяет свое направление на обратное (по сравнению с двигательным режимом). Поэтому электромагнитный момент, уравновешивающий внешний момент, направлен против поля и считается отрицательным.

Для построения векторной диаграммы асинхронного двигателя необходимо чтобы параметры цепи ротора были приведены к цепи статора. Это достигается заменой числа витков одной фазной обмотки w2, с числом фаз m2 и обмоточным коэффициентом kоб2 на w1, m1, kоб1.

Энергетические параметры должны быть пересчитаны правильно, для того чтобы сохранить энергетические соотношения в двигателе.

ЭДС приведенной вторичной обмотки

Коэффициент трансформации токов

Отсюда приведенный ток вторичной обмотки

В асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором числа фаз m1 и m2 не равны, потому что каждый стержень короткозамкнутой обмотки рассматривается как отдельная фаза, число витков такой обмотки w2=0.5, а число фаз равно числу стержней m2=Z2. Обмоточный коэффициент для такой обмотки kоб2=1.

Активное и индуктивное сопротивления вторичной обмотки

Угол сдвига фаз между E2’ и I2’

Уравнения токов, напряжений статора и ротора

На основании этих уравнений выполняется построение векторной диаграммы асинхронного двигателя.

Рисунок 1 - Векторная диаграмма асинхронного двигателя.

Построение векторной диаграммы (рисунок 1) начинается с вектора основного магнитного потока Ф. Затем откладываются вектора E2’ и E1, которые отстают от вектора Ф на 90⁰. Затем зная угол сдвига фаз ψ2 между I2’ и E2’, строят вектор I2’. Вектор I0 опережает Ф на угол δ, а вектор I1 находят как векторную сумму I0 и -I2’. Вектор U1 строим, добавляя к вектору –E1 падение напряжения I1r1 параллельно вектору I1, затем откладываем jI1x1 и получаем вектор I1Z1, который складываем с –E1 и в итоге получаем U1.

Так как асинхронный двигатель в данном случае можно рассматривать как трансформатор, работающий на активную нагрузку, то вектор –I2’r2’(1-s)/s откладываем под тем же углом, что и I2', затем прибавляем к нему –I2’r2’ и –jI2’x2, получаем вектор –I2’Z2.

1.4. Выводы. Асинхронные двигателиполучили большую популярность благодаря своей универсальности, позволяющей использовать их во многих отраслях. Однако эти механизмы, как и любые другие устройства, имеют свои достоинства и недостатки. Достоинства асинхронных двигателей переменного тока:

- простая конструкция двигателя;

- дешевая себестоимость приборов;

- высокие эксплуатационные характеристики;

- простое управление конструкцией;

- возможность работы в тяжелых условиях.

Высокая производительность асинхронных двигателей переменного тока достигается благодаря высокой мощности, потери которой минимизированы благодаря отсутствию трения в процессе их работы.

К недостаткам асинхронных двигателей можно отнести:

- потеря мощности при изменении скорости.

- снижение крутящего момента при увеличении нагрузки.

- низкая мощность в момент запуска.