Частота, ЭДС и ток вращающегося ротора.

- скорость вращения м.п; n- скорость вращения ротора. Можно считать, что магнитное поле статора вращается относительно ротора с частотой n₂=n₀-n. При этом вращающееся поле наводит ЭДС с частотой:

 

По схеме:

 

R_2S=R₂ пренебрегая поверхностным эфф. ом

Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора.

Число витков обмотки ротора числу витков обмотки статора и это приходится учитывать при расчетах. Для обеспечения расчетов считают, что обмотка ротора идентична обмотки статора, но ее параметры изменены так, чтобы энергетический процесс машины не изменился.

А) Приведение ЭДС

 

 

Б) Приведение токов. При этом исходят из того, что мощность обмотки ротора равна приведенной мощности.

В) Приведение сопротивлений. Исходят из того что потери приведенного ротора равны потерям реального

 

Уравнения токов А.М.

В рабочем режиме ток протекает по обеим обмоткам. При этом магнитное поле машины совместным действием обмотки статора и ротора.

Ток протекая по обмотке ротора создает свое магнитное поле, которое вращается относительно ротора с частотой:

Сам ротор вращается со скоростью n. Тогда магнитное поле ротора вращается относительно статора со скоростью:

.

Магнитные поля статора и ротора вращаются с одинаковой скоростью, поэтому их можно суммировать, т. к. неподвижны друг относительно друга.

Вращающуюся АМ можно рассматривать как трансформатор.

Чаще используют МДС обмоток. Будем считать, что

₀= ₁+ ₂

I₀ – намагничивающий ток затрачиваемый на создание магнитного потока.

 

Магнитное сопротивление АМ – сопротивление воздушного зазора, поэтому для проведения магнитного потока требуется создавать значительную МДС. ₀= _оа+ _ор. Активная составляющая определяется потерями в стали. Реактивная Ф она потребляется для его создания.

₁= ₀+ ₂^’) Ток потребляемый АМ в рабочем режиме состоит из тока х.х., вторая составляющая компенсирует размагничивающее действие роторной цепи.

 

Схема замещения и система уравнений АМ.

Рассмотренная высшее схема замещения трудоемка для расчета, т.к. параметры Е и I ротора зависят от скольжения поэтому при изменении режима большинство параметров изменяется по величине. Также цепь статора и ротора связаны между собой индуктивностью, поэтому при расчете необходимо вводить коэффициент взаимоиндукции. Поэтому схему преобразовывают т.о., чтобы этих недостатков не было. Поступают следующим образом.

Это выражение говорит о том, что вращающийся ротор можно рассматривать как неподвижный, в котором наводится ЭДС неподвижного ротора, индуктивное сопротивление неподвижного ротора, а активное сопротивление для сохранения величины тока увеличено в раз. Сопротивление можно представить:

Поскольку параметры обмотки ротора приведены к обмотке статора, то . В этом случае разность потенциалов между точками аб и вг равны, поэтому точки а и в, б и г можно соединить, и процесс в цепи не измениться. После этих преобразований схема замещения будет такой:

 

Т.о схема замещения АМ с вращающимся ротором имеет следующие элементы:

R₁ – активное сопротивление обмотки статора;

Х₁ – индуктивное сопротивление рассеивания обмотки статора;

Х_m- индуктивное сопротивление намагничиваемого контура основному магнитному потоку. При протекании тока I_ор по этому сопротивлению возникает (в воздушном зазоре) основной магнитной поток, который наводит в обмотке статора Е₁.

R_m – активное сопротивление магнитопровода потерям в магнитопроводе. При протекании тока I_оа по этому сопротивлению, в нем возникает активная мощность равная потерям в стали.

- активное сопротивление обмотки ротора.

- индуктивное сопротивление ротора потоку рассеяния обмотки ротора.

- активное сопротивление, которое механической мощности А.М.

На основании схемы замещения составим систему уравнений.

Векторная диаграмма АМ.

Она всегда строится в соответствии с системой уравнений:

А) Режим двигателя:

В режиме двигателя Р_эм потребляется из сети и преобразуется в механическую энергию.

 

Б) Режим генератора. s<0; n>n₀

При отрицательном скольжении E_2s=E₂ s должна изменить свой знак. При этом и ток ротора изменит свой знак. Поскольку ток ротора сдвинут по фазе относительно Е, то ток состоит из двух составляющих – активной и реактивной.

В генераторном режиме активная составляющая меняет знак (так как s< 0). Если в режиме двигателя она потребляется из сети, то в режиме генератора она отдается в сеть.

В генераторном режиме реактивная составляющая не меняет знака. Для создания магнитного потока из сети должен потребляться реактивный намагничивающий ток.

Это свойство потреблять реактивный ток является крупным недостатком А.Г. Для того, чтобы обеспечить работу А.Г. необходимо включать синхронные генераторы, которые обеспечивали бы ток возбуждения А.Г.

 

 

В режиме генератора В_м < 0 это значит, что механическая энергия подведенная к валу машины преобразуется в электрическую энергию, которая отдается в сеть.

В тех случаях, когда требуется автономные источники электрической энергии находят применение А.Г. с самовозбуждением. Такой генератор представляет из себя асинхронную к.з. машину, а к зажимам статорной обмотки включают батарею конденсаторов.

Процесс самовозбуждения протекает следующим образом. Если в машине существует остаточный магнитный поток, то под его действием в обмотке статора наводиться небольшая ЭДС. Под ее действием по обмотке статора через конденсаторы начинает протекать ток, опережающий ЭДС на угол близкий к 90⁰.

Этот ток создает свое магнитное поле, которое практически совпадает по фазе с остаточным, то есть усиливает его. Возникает лавинообразный процесс. При больших потоках происходит насыщение стали и Ф перестает изменятся => E=const.

Такой генератор прост по устройству, но имеет ряд недостатков. Процесс самовозбуждения наступает при определенной частоте вращения. Напряжение такого генератора не является стабильным, оно зависит от нагрузки и частоты вращения.

А.Г. имеют большие тормозные моменты, поэтому они иногда используются в качестве тормозов.

В) Режим электромагнитного тормоза S>1; n<0. В этом режиме в роторе наводится значительная ЭДС, а индуктивное сопротивление намагниченного превышает активное и фазовый сдвиг составляет

В режиме электромагнитного тормоза из сети потребляется э/м мощность. Так же в этом режиме к валу подводится механическая энергия. Эти энергии суммируются и превращаются в тело. В результате двигатель интенсивно нагревается и поэтому этот режим можно допускать кратковременно.

В двигателях с фазным роторам в этом режиме в цепь ротора включается дополнительное сопротивление большой величины. В этом случае тепловая энергия в основном выделяется в дополнительном сопротивлении, а к обмоткам прикладывается небольшая мощность.