23.Работа асинхронной машины с вращающимся ротором.

ЭДС и ток в обмотке ротора. Рассмотрим общий случай индуцирования ЭДС в обмотке ротора, увлекаемого вращающимся магнитным полем. Так как эта обмотка пересекается магнитным потоком с частотой пs = п1 - п2 , частота индуцируемой в ней ЭДС

(4.12)

f2 = pпs /60 = p(п1 — п2 )/60.

Учитывая, что pп1 /60 = f1 и (п1 - п2 )/п1 = s, представим (4.12) в ином виде:

(4.12a)

f2 = f1s.

При вращении ротора ЭДС в его обмотке

(4.13)

Е2s = 4,44f2 w2 kоб2 Фm = 4,44f1 sw2 kоб2 Фm.

Учитывая, что ЭДС при заторможенном роторе Е2 = 4,44f1 w2 kоб2 Фm, получаем

(4.13a)

Е2S = E2S .

Если обмотка ротора замкнута, по ней проходит ток с частотой f2 , который создает бегущую волну МДС F2 ; вращающуюся относительно ротора с частотой

nF2 = 60f2 /р = 60f1 s/p = n1s = n1 - п2 .

Направление вращения МДС ротора определяется порядком чередования максимумов тока в фазах, т. е. МДС ротора вращается в ту же сторону, что и магнитное поле статора (см. § 3.4). Легко заметить, что частота вращения МДС ротора относительно статора равна сумме частот п2 + nF2 = п1.

Следовательно, при вращении ротора МДС cтamopa F1 и МДС ротора F2 вращаются в пространстве с одинаковой частотой, т. е. относительно друг друга они неподвижны. Таким образом, полученные выше для заторможенного ротора выводы о взаимодействии токов в первичной и вторичной обмотках применимы и для вращающегося ротора.

Энергетическая диаграмма. При работе асинхронной машины в двигательном режиме (рис. 4.12) к статору из сети подводится мощность

(4.14)

P1 = m1 U1 I1 cos φ1 .

Часть этой мощности затрачивается на покрытие электрических потерь ΔРэл1 в активном сопротивлении обмотки статора и магнитных потерь ΔРм1 в статоре. В ротор посредством вращающегося магнитного поля передается электромагнитная мощность

(4.15)

Рэм = P1 - ΔРэл1 - ΔРм1 .

Часть электромагнитной мощности, полученной ротором, тратится на покрытие электрических потерь ΔРэл2 в его обмотке. В машинах с фазным ротором возникают также потери в щеточных контактах на кольцах, которые обычно включают в потери ΔРэл2. Оставшаяся часть мощности Рэм превращается в механическую мощность

(4.16)

Рмех = Рэм - ΔРэл2 .

Рис. 4.12.Энергетическая диаграмма асинхронной машины

Электромагнитный момент. Формулу (4.21), полученную из энергетической диаграммы, преобразуем к более удобному для анализа виду, подставив в нее значения

(4.27)

ω1 = 2πn1 /60 = 2π f1 /p;

(4.28)

ΔРэл2 = m2 I2 E2s cosψ2 ,

где ψ2 —угол сдвига фаз между ЭДС и током ротора.

При этом с учетом (4.13) получаем

(4.29)

М = (рт2 kоб2 /√2)Фm I2 cosψ2 = сM Фm I2 cosψ2,

где сM = рm2 kоб2 /√2 - постоянная.

Формула (4.29) справедлива не только для асинхронных машин, но и для электрических машин всех типов. Во всех этих машинах электромагнитный момент пропорционален произведению магнитного потока на активную составляющую тока ротора.

24.Асинхронные двигатели с улучшенными пусковыми свойствами (пояснить рисунками пазов и механическими характеристиками

Для механизмов, имеющих тяжелые условия пуска, где по ряду причин желательно использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, применяются двигатели с улучшенными пусковыми свойствами: большим пусковым моментом и меньшим пусковым током, чем у двигателей общего назначения. Эти двигатели отличаются от двигателей нормального исполнения только устройством короткозамкнутой обмотки ротора. Одни из них снабжены двумя самостоятельными обмотками типа «беличьей клетки» (рис. 10.24, а), другие имеют более глубокие пазы ротора (рис. 10.24, б), в которые укладывается короткозамкнутая обмотка, имеющая в отличие от обы­чной стержни с большим отношением высоты к ширине, третьи обладают повышенным сопротивлением стержней обмотки. Первые называются двигателями с двойной «беличьей клеткой», вторые — с глубоким пазом, третьи — с повышенным скольжением. Рассмотрим процессы, происходящие при пуске двигателя с двойной «беличьей клеткой».

Рис. 10.24 Двигатель с улучшенными пусковыми свойствами: с двойной «беличьей клеткой» (а), с глубоким пазом (б)

Обмотка 1 (рис. 10.24, а) имеет меньшее активное сопротивление по сравнению с обмоткой 2, так как она большего диаметра и выполнена из материала с меньшим удельным сопротивлением (медь), чем вторая (латунь). Стержни обмотки1 расположены в толще ферромагнитного сердечника ротора, стержни обмотки 2 —ближе к воздушному зазору. В результате этого при пуске магнитное поле, образованное токами обмоток, располагается примерно так, как показано на рис. 10.24.

Из рисунка следует, что магнитный поток, сцепленный с обмоткой 1, больше, чем магнитный поток, сцепленный с обмоткой 2, следовательно, индуктивность первой обмотки будет также больше.

В первый момент пуска (s = 1) индуктивное сопротивление обмоток будет иметь наибольшее значение, так как

xs = 2πf2L= 2πf1sL = 2πf1L,

и токораспределение между обмотками будет определяться главным образом их индуктивными сопротивлениями. Поскольку индуктивное сопротивление первой обмотки значительно больше, чем второй, ток в ней, как следует из закона Ома для роторной цепи (10.29), будет значительно меньше по сравнению с током второй обмотки. Таким образом, основной

момент будет возникать в результате действия тока второй обмотки, имеющей значительное активное сопротивление. По мере разгона двигателя уменьшаются частота тока ротора и индуктивные сопротивления обеих обмоток, что вызывает перераспределение тока в обмотках: в первой обмотке ток увеличивается, во второй уменьшается. После окончания разгона частота тока ротора становится настолько малой (0,5 — 5 Гц), что индуктивное сопротивление обмоток оказывается намного меньше их активного сопротивления, вследствие чего весь ток ротора практически будет располагаться в первой обмотке, активное сопротивление которой значительно меньше, чем второй. Таким образом, роль рабочей выполняет первая обмотка, роль пусковой — вторая. Получается картина, подобная пуску двигателя с контактными кольцами и введенным в цепь ротора добавочным сопротивлением.

Асинхронные короткозамкнутые двигатели с улучшенными пусковыми свойствами

Многие электроприводы для достижения высокого быстродействия и надежности запуска требуют повышенного пускового момента, близкого к максимальному. Этой цели можно достичь, выполнив обмотку ротора с повышенным активным сопротивлением (кривая 1 рис. 4.19). Однако рабочая ветвь механической характеристики такого двигателя оказывается весьма «мягкой», поэтому в номинальном режиме двигатель будет работать с большим скольжением, что связано со значительными потерями и низкими энергетическими показателями. Для достижения высоких энергетических показателей желательно иметь «жесткую» механическую характеристику (кривая 2 рис. 4.19). Получить механическую характеристику, сочетающую положительные свойства характеристик 1 и 2, можно, если использовать поверхностный эффект в стержнях роторной обмотки для повышения активного сопротивления обмотки в начале пуска, когда частота тока в роторе   близка к частоте сети. По мере разгона двигателя частота тока в роторе падает, поверхностный эффект ослабляется и сопротивление ротора снижается. Вид механической характеристики такого двигателя представлен кривой 3 на рис. 4.19. Существует несколько конструктивных решений, обеспечивающих использование поверхностного эффекта.