Принцип действия асинхронной машины (двигателя)

Основан на использовании вращающегося магнитного поля.

Подаем трехфазное переменное напряжение на обмотку статора, при этом возникает трехфазный переменный ток. Вокгруг проводников статора возникает вращающийся трехфазный переменный магнитный поток.

Магнитное поле движется, то есть присутствует магнитный поток, следовательно будет наводиться ЭДС, Е₂. Под действием Е₂ возникает ток I₂. За счет взаимодействия магнитного потока статора с токами ратора на каждый проводник с током начинает действовать электромагнитная сила, которую мы определяем по правилу левой руки. Сумма этих сил создает электромагнитный момент Мэм. Если он достаточен, то ротор приходит во вращение с частотой в туже сторону, что и поле статора. n всегда меньше n₁.

Будет наводится и ЭДС в обмотку статора, которое будет влиять на ток в статоре.

S – относительная разность частот вращения поля статора и ротора, присуще только для асинхронных машин.

Если n₁=n, тогда S=0. При этом Е₂ не наводится, значит оно равно нулю, следовательно и электромагнитный момент Мэм=0. 0≤S≤1 S=2-8%.

Режимы работы АД

1. Генераторный режим. ¥<S<0

>n₁

Подается переменное напряжение на обмотку статора. С помощью приводного двигателя ротор раскручивают с частотой n больше n₁ при помощи пара. ЭДС становится отрицательной, следовательно эектромагнитный момент Мэм будет также отрицательным. Он будет направлен встречно моменту, создаваемый приводным двигателем, то есть он будет торомизным.

Ток поменяет направление, машина начинает выдавать активную мощность (чем больше механическое действие тем больше активная мощность), а также будет потреблять реактивную мощность.

Применяется редко. Требуется источник переменного тока.

2. Режим электромагнитного тормоза (режим противовключения). 1<S<+¥

Обмотку статора переключают на противоположное движение вращения поля (две фазы меняют местами). Ротор по инерции вращается в туже сторону. Ротор и статор вращаются на встречу друг друга. Ротор и статор вращаются на встречу друг другу, при этом тормозясь. Если при скорости n=0 не отключить машину, она начнет вращаться в обратную сторону.

 

Сравнение трансформатора и асинхронного двигателя

Трансформатор	Асинхронный двигатель
1.Преобразует величину и форму напряжения. 2.Преобразует величину и форму тока. 3.Преобразует число фаз, m. Есть однофазный, m=1, трехфазный, m=3. 4.Частота f1=f2	1. Преобразует величину и форму напряжения. 2. Преобразует величину и форму тока. 3. Преобразует число фаз, m. Есть однофазный, m=1, трехфазный, m=3. 4. f1=f2∙S, где S – величина скольжения. следовательно есть скорость n¹0. Получили, что вторичная обмотка не неподвижна, а вращается. Может быть, что n=:3000, 1500, 1000, 750, 600

ЭДС обмотки статора МПТ

Получим формулу ЭДС проводника, затем формулу ЭДС витка, катушки, катушечной группы, всей МПТ.

1. Получим формулу ЭДС проводника, Епр.

е_ПР=Вd∙lпр∙Uпр.

Магнитная индукция при равномерном воздушном зазоре изменяется по закону трапеции, то и ЭДС изменяется по закону трапеции. Заменим трапециидальный закон на прямоугольный.

Епр=Кф∙lпр

Кф=1,11 – коэффициент формы.

Епр=1,11∙ Вdср∙lпр∙Uпр

Линейную скорость можно найти по формуле:

Þ

Þ

1. Получим формулу ЭДС витка.

Как отмечалось ранее ЭДС изменяется по трапециидальному закону, что объясняется наличием высших гармоник ЭДС. Из электротехники следует, что так как ЭДС симметрична отностительно оси Х, то четные гармоники отсутствуют.

ЭДС третьей гармоники во всех фазах обмотки совпадают в пространстве и во времени, и при соединении звездой или треугольником также будут отсутствовать и соответственно кратный ей. Будут присутствовать 5 и 7 гармоники ЭДС.

Рассмотрим 5-ую гармонику.

Ев₁ (y=t)=2Е₁=4,44∙f₁∙A

Ев₅ (y=t)=2Е₅

Присутствует 5-ая гармоника, искажающая форму ЭДС.

Ев₁>>Ев₅

Основным средством борьбы с Ев₅ является уменьшение шага на , следовательно ЭДС витков первой гармоники будет 2Е₁, а ЭДС пятой гармоники будет Е₅=SЕ₅=0

Для седьмого гармоника укорачивается шаг на , следовательно Е₇=SЕ₇=0. Относительный шаг обмотки: = (0,8-0,86) – служит для укорочения обмотки – оптикающий шаг.

Ускорение шага обмотки приводит к уменьшению величины шага ЭДС.

 

 

1. у = t

1. у<t, то есть условно переместили на некоторый угол a.

 

Вывод: укорочение шага приводит к снижению величины ЭДС, однако улучшилась форма ЭДС.

Вводят понятие коэффициента укорочения (табличная величина).

Ку=1 при у = t.

Ку₁=sin(у∙90°/с) – для первой гармоники.

Ку_n=sin(у∙n∙90°/t)

Ку_n <<Ку₁

Е_В (у<t)=Е_В (у = t)∙Ку

Е_В (у<t)=4,44∙f₁∙Ф∙Ку

Вывод: возможность укорочения шага возможно только у второслойных обмоток, в результате в однослойных присутствуют высшие гармоники ЭДС, что ограничивает их применение. Они используются при мощностях машины порядка до 20 кВт, чем выше мощность, тем большее влияние высших гармоников и форма искажается больше.

1. Получим формулу катушки.

Ек=Ев∙wc, где wc – число витков катушки.

Ек=4,44∙f₁∙Ф∙ wc

1. Получим формулу группы катушек.

Зависит от вида обмотки: сосредоточенная она или распределенная.

Если распределительная обмотка.

При распределительной обмотке ЭДС уменьшается, хотя улучшается форма ЭДС.

Коэффициент распределения.

, где Кр берется из табличных данных.

Но можно рассчитать по следующим формулам.

Кр_I <<Кр_II

1. Получим формулу ЭДС МПТ обмотки статора.

Е=Екгр∙N, где N – количество катушечных групп.

Е=4,44∙f₁∙Ф∙wк∙Ку∙q∙Кр∙N

wк∙q∙N=w – общее число витков обмотки статора.

Коб=Ку∙Кр – обмоточный коэффициент статора.

Е_Ф=4,44∙f₁∙Ф∙w∙ Коб – формула фазной ЭДС.

Ел= Еф – формула линейной ЭДС при звезде.

Ел=Еф формула линейной ЭДС при треугольнике.