Принцип работы асинхронного двигателя

Направления векторов магнитной индукции (а); временная диаграмма токов статора (б); векто- ры суммарной индукции (в – д)

В реальном АД каждая фазная обмотка статора состоит из отдельных, последовательно расположенных катушек, занимающих несколько соседних пазов сердечника, что позволяет приблизить распределение магнитной индукции вдоль зазора между статором и ротором к синусоидальному и уменьшить габариты статора. Рассмотрим упрощенную конструкцию статора, в которой каждая фазная обмотка состоит из одной сосредоточенной катушки. Плоскости катушек А–Х, В–Y, С–Z и, соответственно, их оси смещены в пространстве на 120° (рис. а). Начала обмоток, условно изображенных в виде одного витка, обозначены А, В, С, а концы – X, Y, Z.

Пусть обмотки статора подключены к симметричной трехфазной сети, создающей в них симметричную трехфазную систему токов i_{A ,}, i_B, i_C (рис. б). Положительное направление тока в каждой обмотке выбираем от начала к концу, т. е. положительный ток в проводнике, примыкающем к началу обмотки, направлен от нас (крест), а в проводнике, примыкающем к концу, – к нам (точка). Положительные направления векторов магнитной индукции B_А, B_В, B_С определяются по правилу буравчика (рис. а). Магнитное поле каждой катушки изменяется во времени (пульсирует) по синусоидальному закону, сохраняя направление оси пульсации. Найдем положение вектора суммарной индукции B _S, создаваемой тремя обмотками, в равноотстоящие моменты времени t ₁, t ₂, t ₃ (рис. 3.19, б). При t = t ₁ ток i_А положителен и равен I_m, а токи i_B, i_C отрицательны и равны – I_m /2 (на рис. а направления токов в проводниках обмоток указаны «´», «·» при t = t ₁). Поскольку индукция и ток знаками синфазны, то B_A (t ₁) = B_m, B_B (t ₁) = B_C (t ₁) = – B_m /2, где B_m – амплитуда индукции одной катушки.

Направления векторов индукции катушек определяются по правилу буравчика (рис. в). Суммируя векторы B_A, B_B, B_C, находим, что вектор B _S в момент t = t ₁ направлен горизонтально влево и равен 1,5 B_m. При t = t ₂ = t ₁ + T ₁/6, где T ₁ = 1/ f ₁ – период питающего напряжения, B _S займет положение, показанное на рис. г, а при t = t ₃ – согласно рис. д. Таким образом, вектор B _S равномерно вращается по часовой стрелке, проходя за время Т /6 угол 60° = = π/3 рад. Угловая скорость вектора B _S Ω₁ = π/3: (Т /6) = 2πƒ₁. Скорость вращения АД принято оценивать частотой вращения n ₁, измеряемой числом оборотов в минуту. Тогда n ₁ = 60Ω₁/(2p) = 60ƒ₁, n ₁ = 9,55Ω₁. В данном случае вращающееся магнитное поле имеет один северный и один южный полюс, число пар полюсов р = 1. Если каждую фазную обмотку статора разбить на р последовательно включенных катушечных групп и группы равномерно сместить вдоль окружности статора, то вращающееся магнитное поле статора будет иметь р пар полюсов (2 р чередующихся N и S полюсов). Такому полю соответствуют частота вращения n ₁ и угловая скорость W₁:

При подключении обмоток неподвижного статора к трехфазной питающей сети внутри статора образуется вращающееся магнитное поле, частота вращения которого определяется по приведенной формуле. Поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуцирует в них ЭДС, под действием которой в этих проводниках появляются индукционные токи. На каждый проводник с током в магнитном поле действует сила, поэтому на валу ротора образуется вращающий момент М, приводящий ротор во вращение в направлении вращающегося поля статора. По мере разгона АД вращающий момент М изменяется до установления равновесия М = М _с, где М _с – момент сопротивления (тормозной момент), создаваемый приводимым во вращение механизмом (насос, центрифуга, вентилятор и т. д.) и силами трения. Равновесию моментов соответствует установившийся режим двигателя с постоянной частотой вращения ротора n = const.

Скольжением s называют относительную разность частот вращения поля статора и ротора:

где Ω = p n /30» n /9,55– угловая скорость ротора (рад/с). При условии М _с = 0 (идеальный холостой ход) ротор теоретически достигает частоты вращения поля статора, т. е. n = n ₁, (s = 0). При этом проводники обмотки ротора не пересекаются магнитными линиями поля статора, индуцированные токи в роторе исчезают и вращающий момент М становится нулевым: М = М _с = 0. На валу АД всегда имеется момент сопротивления М _с, обусловленный трением в подшипниках, сопротивлением воздуха и т. д., поэтому частота вращения реального холостого хода немного ниже n ₁: n _xx» 0,99 n ₁ (s _xx» 0,01). КПД АД наибольший при малом скольжении, поэтому устанавливают s _ном = 0,02¸0,08, т. е. n _ном = = (0,92¸0,98) n ₁. Реверс двигателя (изменение направления вращения) осуществляют изменением направление вращения поля статора. Для этого нужно изменить порядок чередования фаз напряжения статора,
т. е. поменять местами выводы любых двух фаз питающей сети.

Дата добавления: 2014-01-07