Электромеханические свойства асинхронных двигателей. Электромагнитная мощность, передаваемая через зазор ротору двигателя

Лекция 11

Электромеханические свойства асинхронных двигателей

 На рис. 1  показано устройство асинхронного двигателя с фазным ротором,  где 1 - обмотка статора,  2 - сердечник статора, 3 - корпус,  4 - сердечник ротора, 5 - обмотка ротора, 6 -вал, 7 - кольца, 8 - пусковой реостат.

Устройство асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором поясняет рис.2, где 1-корпус, 2 – сердечник, 3- сердечник ротора, 4 – обмотка ротора, 5- обмотка статора, 7- подшипниковый щит, 8- кожух вентилятора, 9- вентилятор.

Как видно  из рис.1 и 2  ,  на статоре машины размещена трехфазная (в общем случае - многофазная) обмотка, равномерно распределенная по его окружности.

Обмотки фаз  соединяют  по схеме звезды или треугольника (Y/) и подключают к сети трехфазного (многофазного) тока (рис.1 и 2).  Обмотку ротора асинхронного двигателя выполняют   трехфазной или многофазной и размещают равномерно по окружности ротора.

Многофазная обмотка  ротора  выполняется  в  виде беличьей клетки. "Беличья клетка" состоит из  медных  или  алюминиевых  стержней, замкнутых накоротко с торцов двумя кольцами (рис. 3). Стержни обмотки вставляют в пазы сердечника ротора без какой-либо изоляции. В двигателях  малой  и средней мощности "беличью клетку" получают заливкой расплавленного алюминиевого сплава в пазы сердечника ротора. Такие обмотки ротора часто называют короткозамкнутыми,  а двигатели - асинхронными с короткозамкнутым ротором.

Трехфазная обмотка  ротора  асинхронного  двигателя с фазным ротором выполняется изолированным проводом с тем же числом пар полюсов,  что и  обмотка статора.  Обычно  такая обмотка соединяется по схеме "звезда",  три конца которой подключают к контактным кольцам, расположенными на валу ротора, что позволяет включать в цепь каждой фазы обмотки ротора дополнительные сопротивления. Двигатели с такой обмоткой ротора называют асинхронными с фазным ротором.

Как известно,  многофазная обмотка статора при питании от многофазной сети создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого  .

Вращающееся магнитное  поле индуцирует э.д.с.  в проводниках обмотки ротора только в том случае,  когда ротор  вращается  со  скоростью  меньшей  или  большей  . При скорости   поле статора оказывается неподвижным относительно ротора и не вызывает возникновения э.д.с. в его обмотке. Относительную разность скоростей вращения поля статора и ротора называют скольжением: .

Для двигательного режима скольжение лежит в пределах  1< S < 0.  Частота э.д.с. и токов в обмотках ротора зависит от скорости вращения ротора и определяется соотношением

Токи ротора создают поле,  которое относительно ротора вращается с частотой  , сам ротор относительно неподвижного статора вращается с частотой  ,  поэтому скорости вращения полей статора и ротора одинаковы относительно статора, а сами поля взаимно неподвижны.  Это следует и из уравнения , определяющего условия электромеханического преобразования энергии.  При заторможенном роторе  вращающееся круговое магнитное поле наводит в обмотках статора и ротора э.д.с., действующие значения которых:

где - амплитудное значение потока;   и  - числа витков обмоток статора и ротора;  и  - обмоточные коэффициенты статора и ротора, учитывающие распределенный характер этих обмоток.

Отношение

                                         (1)

называется коэффициентом трансформации э.д.с.  (коэффициенты  и обычно равны 0.9...0.96 и приближенно можно считать,  что  подобно тому, как это имеет место в трансформаторе).

Из (1) следует , где  - приведенное к статору значение э.д.с. ротора.

При работе асинхронной машины в режиме идеального холостого хода (обмотка  ротора  разомкнута  или ротор вращается со скоростью поля при S=0) уравнение э.д.с. для каждой фазы  обмотки  статора  может быть представлено в виде

, где  - э.д.с.,  индуцируемая вращающимся магнитным  потоком; - э.д.с., вызываемая потоком рассеяния обмотки статора;  - падение напряжения на сопротивлении обмотки  статора, вызываемое током холостого хода (ток холостого хода является намагничивающим).  Он создает основной поток Ф, охватывающий обмотки статора и ротора,  и поток рассеяния ,  связанный только с обмоткой статора.  В асинхронных машинах ток намагничивания ,  достаточно велик и равен 0.2...0.4 номинального тока.  Для снижения значения  стремятся выполнить минимально возможный воздушный зазор между  ротором  и  статором,  который  для  машин  малой мощности составляет 0.1...0.3 мм. При вращении  ротора  частота индуцируемой в обмотках ротора ЭДС имеет значение, поэтому ЭДС вращающегося ротора