Асинхронные двигатели.

Асинхронная машина – это бесколлекторная машина переменного тока, у которой в установившемся режиме магнитное поле, участвующее в основном процессе преобразования энергии, и ротор вращаются с разными скоростями.

Частота вращения магнитного поля зависит от частоты подаваемого в обмотку напряжения U и числа пар полюсов р, создаваемых обмоткой статора, и определяется из выражения:

Основным условием создания вращающегося момента в асинхронном двигателе является неравенство : т.е. частота вращения ротора должна быть меньше частоты вращения магнитного поля статора .

Степень отставания скорости вращения ротора от поля статора характеризуется величиной скольжения: - в относительных единицах, - в процентах.

Чем больше тормозной момент на валу асинхронного двигателя, тем меньше и больше .

При номинальной нагрузке для современных двигателей равно: 0,03…0,06 = 3…6%. Число пар полюсов р, частота вращения поля и частота вращения ротора при Гц связаны следующей зависимостью:

Таблица 1.

р

Здесь .

Для асинхронной машины характерно критическое скольжение , которое соответствует максимальному вращающему моменту, развиваемому асинхронным двигателем:

где - коэффициент, определяющий перегрузочную способность двигателя.

Частота переменной ЭДС и тока, индуктируемых магнитным полем статора в обмотке ротора, определяется из выражения: .

Действующее значение ЭДС, индуктируемой в каждой фазе обмотки статора:

Действующее значение ЭДС обмотки неподвижного ротора:

где - числа витков соответственно статора и ротора;

- максимальное значение магнитного потока статора;

- обмоточные коэффициенты соответственно обмотки статора и ротора;

- частота ЭДС, индуктируемой в обмотке неподвижного ротора (аналогично - трансформатора).

Действующее значение ЭДС обмотки вращающего ротора

где - ЭДС неподвижного ротора.

Отношение ЭДС и называют коэффициентом трансформации асинхронного двигателя: .

Потоки рассеяния обуславливают наличие индуктивных сопротивлений у обмоток фаз:

- статора: ,

- у неподвижного ротора: ,

- у вращающегося ротора .

Индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора можно определить через сопротивление обмотки неподвижного ротора: .

Полное сопротивление неподвижного ротора: ,

где - активное сопротивление обмотки ротора.

Полное сопротивление вращающегося ротора: .

Токи в неподвижном роторе и во вращающем роторе определяют из выражений:

, .

Здесь - сопротивление обмотки вращающего ротора.

Для построения схемы замещения параметры обмотки ротора приводят к параметрам обмотки статора аналогично трансформатору: величина , аналогично ,

где - коэффициент трансформации по току,

Здесь - число фаз соответственно обмотки статора и ротора.

Аналогично , , , .

Активная мощность, потребляемая двигателем из сети:

где - фазные значения напряжения и тока,

- линейные значения напряжения и тока,

- cos угла сдвига фаз между током и напряжением (коэффициент мощности).

Электромагнитная мощность:

где - потери в статоре, Вт;

- электрические потери в статоре, Вт;

- потери в стали статора (магнитные потери), Вт;

М – вращающий момент, Н·м;

- угловая синхронная скорость вращающего магнитного поля, рад/с.

Полезная мощность на валу двигателя:

где - электрические потери в роторе, Вт;

- магнитные потери в роторе, Вт;

- механические потери, Вт.

Отношение - КПД двигателя.

, , ,

где - угловая скорость ротора, рад/с;

М₂ – вращающий момент на валу двигателя.

, , либо ,

где С – коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей двигателя.

где р – число пар полюсов, создаваемых в статорной обмотке.

Это основное уравнение вращающего момента асинхронного двигателя позволяет анализировать или построить зависимость М=f(s), тогда легко построить механическую характеристику n=f(M).

Механические характеристики могут быть построены и по данным, полученным из выражения: