Электромагнитные моменты от высших пространственных гармоник магнитного поля асинхронного двигателя

Ранее было установлено, что МДС трехфазной обмотки статора помимо основной гармоники содержит ряд высших пространственных гармоник (см. § 9.5). Каждая из этих гармоник создает в машине вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в υ раз меньше частоты вращения поля основной гармоники [см. (9.18)]. При этом высшие пространственные гармоники МДС порядка υ = 6х + 1 создают прямовращающиеся (прямые) поля, а гармоники порядка υ = 6х - I — обратновращающиеся (обратные) поля.

Асинхронные моменты.Магнитные поля от высших пространственных гармоник, сцепляясь с обмоткой ротора, наводят в ней ЭДС и создают в двигателе собственные электромагнитные асинхронные моменты. Эти моменты ухудшают свойства двигателя, поэтому их принято называть паразитными. При рассмотрении выражения электромагнитного момента и механической характеристики асинхронного двигателя (см. § 13.2) имелось в виду действие лишь магнитного поля основной гармоники. Если же учесть влияние высших пространственных гармоник поля, то кривая электромагнитного момента (см. рис. 13.3) окажется искаженной. В зависимости от направления и частоты вращения n_υ магнитного поля высшей пространственной гармоники и направления создаваемого ею электромагнитного момента M_υ высшие пространственные гармоники поля могут создать в асинхронном двигателе три режима: двигательный режим, если поле высшей гармоники прямовращающееся и частота его вращения n_υ > n₂,а направление момента M_υ положительное, т. е. он направлен согласно с моментом основной гармоники М; генераторный режим, если поле высшей гармоники прямовращающееся и частота его вращения n_υ < n₂, а направление момента M_υ отрицательное, т. е. он направлен встречно моменту основной гармоники М; тормозной режим, если поле высшей гармоники обратновращающееся, a M_υ отрицательный, т. е. направлен встречно моменту основной гармоники М.

На рис. 13.10, а представлены графики моментов асинхронного двигателя M_υ = f (s)от прямого поля седьмой гармоники и обратного поля пятой гармоники, где s - скольжение ротора относительно поля основной гармоники. Обратное поле пятой гармоники при s = 0 ÷ 1 создает отрицательный момент М₅ (тормозной режим); прямое поле седьмой гармоники при 0,857 < s <1 создает положительный момент M₇ (двигательный режим), а при s < 0,857 — отрицательный момент М₇ (генераторный режим). Сложив ординаты моментов М₇ и М₅ с ординатами момента основной гармоники М, получим кривую результирующего асинхронного момента (рис. 13.10, б ):

M_РЕЗ = M + М₅ + М₇. (13.26)

«Провал» кривой момента М_РЕЗ, (участок при 0,7 < s <0,85, на котором М_РЕЗ < М_ст) затрудняет процесс разгона двигателя и может вызвать «застревание» ротора на малой частоте вращения.

Наибольшую опасность представляют собой паразитные асинхронные моменты при короткозамкнутой обмотке ротора, так как в этом случае токам, наведенным высшими гармониками магнитного поля в стержнях ротора, оказывается небольшое электрическое сопротивление. В двигателях с фазным ротором действие паразитных асинхронных моментов намного слабее.

Заметное влияние на форму кривой электромагнитного момента оказывают асинхронные паразитные моменты от гармоник поля зубцового порядка (обусловленных наличием зубцов на статоре и роторе):

v_Z1 = (Z₁/p) ± l; v_Z2 = (Z₂/p) ± l. (13.27)

Рис. 13.10. Асинхронные моменты от основной и высших (5-й и 7-й) гармоник поля

Эффективное средство ослабления влияния высших гармоник на свойства двигателей — скос пазов ротора в пределах зубцового деления.В этом случае ЭДС в стержнях ротора от зубцовых гармоник поля статора снижаются почти до нуля. Действие высших гармоник поля ослабляют также правильным выбором числа пазов статора Z₁ и ротора Z₂.Рекомендуется соотношение Z₂ ≤ l,25 (Z₁ ± p).

Контрольные вопросы

1.Какие виды потерь имеют место в асинхронном двигателе?

2.Почему магнитные потери в сердечнике ротора не учитывают?

3.На какие виды потерь влияют величина воздушного зазора и толщина пластин сердечника статора?

4.Используя данные примера 13.1 и задавшись значениями тока статора I₁ = 0,5, 0,75, 1,15 I_1ном, определите соответствующие значения КПД и постройте график η = f (P₂),при расчетах примите следующие значения коэффициента мощности: cos φ_1.0,5 = 0,4, cos φ_1.0,75 = 0,6; cos φ_1.1,15 = 0,8.

5.Почему график I₁ = f (P₂)не выходит из начала координат?

6.Почему при нагрузках двигателя меньше номинальной его cos φ₁, имеет низкие значения?

7.При каких условиях высшие пространственные гармоники поля создают и асинхронном двигателе двигательный, генераторный и тормозной режимы?

8. Какими причинами может быть вызван «провал» в механической характеристике?

9.При каких условиях может происходить «прилипание» ротора к статору?

10. Какими мерами можно ослабить паразитные моменты в двигателе?