11 Лекция.

Влияние высших гармоник на работу асинхронного двигателя.

Высшие гармоники магнитного поля, имеющие пространственный период меньше , могут возникать в асинхронной машине вследствие не синусоидальной кривой МДС и вследствие зубчатости.

Рассмотрим высшую гармонику, передвигающуюся в направлении вращения ротора и созданную током статора, это поле наводит в замкнутой обмотке ротора ток соответствующей частоты, который в свою очередь создает магнитное поле, передвигающееся по поверхности ротора и вращающееся в воздушном зазоре синхронно с рассматриваемым полем статора.

Магнитные поля статора и ротора будут иметь одинаковый пространственный период и суммируясь создают вращающееся поле. Это поле, взаимодействуя с током ротора, создает вращающийся момент, который имеет природу асинхронного. Если ротор вращается медленнее соответствующей гармоники, то будет иметь место двигательный режим, и вращающийся момент будет направлен в сторону вращения ротора. Если ротор вращается быстрее поля, то возникает генераторный режим и момент будет тормозным, т.о. каждая высшая гармоника будет создавать соответствующий асинхронный момент, который будет складываться с моментом первой гармоники.

При скольжении 0,856 скорость ротора и поле седьмой гармоники двигаются с одинаковой скоростью, следовательно, момент электромагнитный, создаваемый седьмой гармоникой, будет равен 0.

Если скорость ротора будет меньше, чем , то момент будет двигательный, а если больше, то генераторный.

кривая момента от седьмой гармоники.

В точке А машина может застрять и устойчиво работать со скольжением , т.е машина не достигнет номинальных значений и будет работать с малой частотой и при больших токах.

И чтоб избавиться от этих гармоник, применяется укорочение шага обмотки.

Синхронный вращающий момент.

Не все высшие гармоники магнитного поля, созданные статором и ротором, сцепляются с обеими обмотками. Это особенно характерно для зубцовых гармоник. При определенных частотах вращения ротора отдельные гармоники поля статора могут двигаться синхронно с соответствующими гармониками поля ротора. Под действием магнитных сил в этом случае возникает механическое взаимодействие между статором и ротором, и образуется вращающийся момент, который может быть назван синхронным.

При опережении зубцовым полем статора поле ротора, возникает двигательный момент, при отставании и той же скорости вращения возникает тормозной момент.

Если синхронный момент при пуске достаточно велик, то машина может не достичь номинальной частоты вращения.

Синхронные моменты наиболее сильно проявляются при . Эти моменты могут быть полностью устранены путем скоса пазов и правильного соотношения .

Вибрационные силы, действующие на асинхронную машину.

Зубцовые и другие магнитные поля статора и ротора, образующие синхронный вращающийся момент проявляются не только при взаимно синхронном вращении, но и при любых других скоростях, в этом случае они образуют периодически вращающиеся моменты, которые в течение одного полупериода направлены в обратном направлении. Такие периодически меняющиеся моменты создают вибрации ротора и отдельных частей машины, эти явления становятся особенно заметными при наличии резонансных явлений. При неблагоприятных соотношениях зубцов статора и ротора могут возникать не только тангенциальные составляющие, но и радиальные магнитные силы, действующие на статор и ротор и перемещающиеся вдоль окружности воздушного зазора, при вращении ротора эти силы вызывают вибрацию машины. Шумы при работе асинхронных машин могут возникать вследствие механических и магнитных колебаний. Механические причины шума зависят от балансировки ротора, состояния подшипников и колебания вентилирующего воздуха в каналах охлаждения. Более неприятный шум, вызванный магнитными явлениями, связанными с наличием высших гармоник магнитного поля.

Стальные листы и отдельные ферромагнитные части машины, попадая в переменное магнитное поле зубцовой частоты, начинают колебаться, вызывая шум.

Рабочие характеристики асинхронных машин.

Рабочие характеристики – это зависимости от .

1)

По мере возрастания нагрузки нелинейность увеличивается.

2)

3) Характер КПД обусловлен присутствием потерь в меди, которые пропорциональны квадрату тока и заставляют уменьшаться КПД.

4) Векторная диаграмма асинхронного двигателя объясняет характеристику

Как видно из векторной диаграммы – по мере увеличения нагрузки угол будет уменьшаться, и следовательно будет увеличиваться

Однако по мере увеличения нагрузки также уменьшается .

Серии асинхронных машин.

1973г. – серия 4А.

1980г. – серия АИ и ее модификации.

1990г. – 5А, РА.

Настоящее время – 6А, 7А.

Специальные асинхронные машины.

1. Асинхронная машина с массивным ротором – ротор делается из цельной поковки. Это позволяет получить скорости от 10 до 10000 оборотов в минуту. Имеют низкий КПД и низкий .

2. Линейный двигатель.

3. Скользящие электромагнитные муфты.

4. Магнитогидродинамические машины переменного тока (МГД). Пример такой машины – индукционный насос для перекачки металла.

5. Поворотный трансформатор.

6. Преобразователь частоты.