3.8 Работа асинхронного двигателя при неноминальных условиях Питание двигателя несимметричным напряжением

Несимметричную систему напряжений раскладывают на системы прямой и обратной последовательности и рассматривают действие на двигатель каждой из них. Система нулевой последовательности у двигателей, обмотки статора которых соединены по схеме «звезда», отсутствует, поскольку нулевые точки, как правило, не зануляют и не заземляют. В схеме «треугольник» система нулевой последовательности не создает вращающегося магнитного поля и момента.

Частота тока в роторе от поля прямой последовательности известна. Магнитное поле обратной последовательности наведет в обмотке ротора ток большей частоты, так как относительная частота вращения обратного поля относительно вращающегося ротора больше:

.

Ток в роторе от составляющей прямой последовательности:

.

Ток в роторе от составляющей обратной последовательности:

.

Соответственно моменты:

,

.

В формулах сопротивления за счет большой частоты ( ) токов в роторе от обратных полей, а из-за большего эффекта вытеснения.

Результирующий момент (рис. 3.11) при условии, что обратные поля создают тормозной момент на валу двигателя,

.

С ледовательно, чтобы двигатель развивал такой же электромагнитный момент , что и при симметрии питающего напряжения, его момент следует увеличить на величину момента , что приведет к возрастанию примерно в раз.

Под влиянием токов обратной последовательности результирующий момент снижается и скольжение при том же нагрузочном моменте на валу возрастает (рис. 3.11). Из-за этого, а также под действием тока увеличиваются потери энергии в обмотке ротора и нагрев машины, уменьшается ее КПД.

3.9 Обрыв фазы обмотки статора

При обрыве фазы обмотки статора пуск трехфазного асинхронного двигателя аналогичен пуску однофазного двигателя: его результирующий момент . Ротор двигателя находится в неподвижном состоянии и не может разогнаться. Пусковой ток в оставшихся в работе фазах приблизительно в пять раз больше номинального и, если двигатель не отключить от сети, он выйдет из строя.

Если ротор двигателя в момент обрыва вращается, то момент прямого поля , и при результирующем моменте, большем, чем момент нагрузки на валу, двигатель будет продолжать вращаться. Однако максимальный момент оказывается существенно меньшим, чем при неповрежденной фазе. Частота вращения при переходе в однофазный режим остается приблизительно одинаковой, поэтому мощность на валу также остается приблизительно прежней. Ток в однофазном режиме увеличивается в 1,5–2 раза. При работе двигателя с нагрузкой, близкой к номинальной, его обмотки быстро перегреваются и двигатель выходит из строя.

3.10 Обрыв фазы обмотки ротора

Симметричная система напряжений и соответственно сопротивлений статорной обмотки обеспечивают возникновение только синхронного (прямого) поля , наводящего в фазах ротора также симметричные ЭДС. Система же роторных токов, вследствие несимметрии сопротивлений, будет асимметричной. Разложением ее получают две составляющие – прямую и обратную, каждая из которых изменяется с частотой .

Составляющей нулевой последовательности не будет, так как роторные обмотки соединены по схеме звезда.

Токи прямой последовательности и обратной последовательности образуют магнитные потоки и . Составляющая прямой последовательности потока вращается относительно ротора с частотой:

,

но ротор сам вращается с частотой . Следовательно, частота вращения потока относительно статора, оказывается равной частоте вращения поля статора:

.

М омент от прямой составляющей тока – асинхронный момент симметричного режима (кривая , рис. 3.12).

Составляющая обратной последовательности потока вращается относительно самого ротора с той же частотой вращения , что и прямое поле (так как частоты у них одинаковые), но относительно статора имеет другую частоту вращения:

.

В начале разгона ротора, когда , частота вращения обратного поля относительно статора отрицательная, т. е. поток вращается против основного поля статора. Набегая на про-водник статора справа (рис. 3.13, а), поток наводит в нем ЭДС (и активную составляющую тока) знака точки. Взаимодействуя с потоком , ток создает электромагнитную силу f, направленную (по правилу левой руки) влево. Проводник статора закреплен и переместиться не может. Следовательно, под действием этой силы станет перемещаться подвижно укрепленный ротор, но в противоположную сторону или по вращению основного потока и ротора, способствуя моменту .

Во второй половине времени разгона, когда , частота вращения обратного поля положительна. Знак наводимых этим полем ЭДС и активной составляющей тока в проводнике статора изменяется на противоположный, вместе с этим изменяется и направление электромагнитной силы (рис. 3.13, б). Сила f стремится теперь сдвинуть проводник статора вправо, по вращению ротора, отталкивая ротор влево, против его вращения, и создавая таким образом тормозной момент на валу двигателя.

При скольжении частота вращения обратного поля равна нулю, взаимодействия между полями ротора и статора нет, отсутствует и какой-либо момент.

Форма кривой момента от токов и потоков обратной последовательности показана на рис. 3.12. Результирующая кривая момента , образованная сложением моментов и , имеет провал на частоте вращения, близкой к полусинхронной ( ).

Если момент сопротивления двигателя , больше минимума электромагнитного момента , то в точке А моменты уравновесятся и ротор станет устойчиво вращаться с частотой . Ток обмотки статора превышает номинальный.

Это явление известно под названием одноосного включения. При крайней асимметрии роторной цепи, когда обрывается, например, провод в одной из фаз, результирующий момент при становится отрицательным.