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 nυ магнитного поля высшей пространственной гармоники и направления создаваемого ею электромагнитного момента Mυ высшие пространственные гармоники поля могут создать в асинхронном двигателе три режима: двигательный режим, если поле высшей гармоники прямовращающееся и частота его вращения nυ > n2,а направление момента Mυ положительное, т. е. он направлен согласно с моментом основной гармоники М; генераторный режим, если поле высшей гармоники прямовращающееся и частота его вращения nυ < n2, а направление момента Mυ отрицательное, т. е. он направлен встречно моменту основной гармоники М; тормозной режим, если поле высшей гармоники обратновращающееся, a Mυ отрицательный, т. е. направлен встречно моменту основной гармоники М.
На рис. 13.10, а представлены графики моментов асинхронного двигателя Mυ = 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):
MРЕЗ = M + М5 + М7. (13.26)
«Провал» кривой момента МРЕЗ, (участок при 0,7 < s <0,85, на котором МРЕЗ < Мст) 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):
vZ1 = (Z1/p) ± l; vZ2 = (Z2/p) ± l. (13.27)
Рис. 13.10. Асинхронные моменты от основной
и высших (5-й и 7-й) гармоник поля
Рис. 13.11. Влияние взаимного расположения
в пространстве полюсов высших пространственных
гармоник поля статора и ротора на направление
синхронного момента:
а— синхронный момент положительный,
б— синхронный момент отрицательный
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 ).
Синхронные моменты.Между вращающимися магнитными полями высших пространственных гармоник статора и ротора, имеющими одинаковый порядок, возникают силы магнитного взаимодействия. Результатом этого взаимодействия является возникновение синхронного момента Мcυ. В общем случае поля статора и ротора от высших пространственных гармоник вращаются с разными частотами (nυ1 ≠ nυ2), а поэтому направление синхронного момента Mcυменяется в зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов взаимодействующих полей. Обычно частота изменения знака момента Mcυ велика, и из-за большой инерции ротора этот момент не оказывает заметного влияния на вращение ротора. Но при некоторой частоте вращения ротора поля высших гармоник статора и ротора начинают вращаться с одинаковой частотой вращения (nυ1 = nυ2). В этом случае направление синхронного момента Mcυ становится стабильным. В зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов магнитных полей момент Mcυ может быть положительным или отрицательным (рис. 13.11).
Синхронные моменты в асинхронном двигателе нежелательны, т. е. являются паразитными, так как они могут вызвать провалы в механической характеристике двигателя. Наибольшего значения синхронные моменты достигают при наличии зубцовых гармоник поля статора и ротора одинакового порядка, т. е. при υz1 = υz2. Синхронные моменты наиболее опасны при следующих соотношениях пазов статора и ротора (Z1и Z2):
Z1 = Z2; Z1 - Z2 = ±2p. (13.28)
Особенно нежелательно равенство числа пазов на статоре и роторе (Z1 = Z2),так как это может привести к «прилипанию» ротора к статору: зубцы ротора силами магнитного тяжения удерживаются под зубцами статора. Уменьшению синхронных моментов способствует скос пазов на роторе.
Дата добавления: 2015-11-18; просмотров: 1061;