§2. Двигатели асинхронные 3хфазные единой серии 4а.

3^хфазные асинхронные короткозамкнутые электродвигатели единой серии 4А имеют улучшенные технико-экономические параметры и постепенно заменяют старые серии А, А2 и А3.

Единая серия 4А охватывает диапазон мощностей от 0,06 до 400 кВт. Обозначение типа двигателя в порядке следования букв и цифр расшифровывается следующим образом: 4 – номер серии; А – вид двигателя (асинхронный); исполнение двигателя по способу защиты (Н – защищенный, без нее – закрытые обдуваемые); исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А – алюминиевые, Х – чугун с алюминием, нет – чугун или сталь); установочный размер по дине станины, условный (буквы S,M или L); длина сердечника статора (А или В); число полюсов (2,4,6,8,10,12); климатическое исполнение и категории размещения (У3, У2, Т2 или Т1).

Модификации двигателей серии 4А:

• двигатели с повышенным пусковым моментом (с двойной клеткой на роторе), в обозначении после серии 4А вводится буква Р;

• двигатели с повышенным скольжением (с клеткой повышенного сопротивления), в обозначении после серии 4А вводится буква С;

• многоскоростные двигатели, в обозначении число полюсов указывается дробью.

Пример: 4А50А2У3 – закрытый обдуваемый;

4АН160S2У3 – защищенный;

4АР160S6У3 – с повышенным пусковым моментом.

§3. Асинхронная машина пи заторможенном роторе.

Режимы работы машины при заторможенном роторе наиболее просты для исследования, т.к. при этом обмотки статора и ротора пересекаются магнитным потоком с одной и той же скоростью, т.е. частоты э.д.с. статора f₁ и ротора f₂ равны между собой. Если считать, что вращающееся магнитное поле близко к круговому и, кроме того, высшие гармоники э.д.с. подавляются из-за распределения обмоток в нескольких пазах и укорочения шага, то при анализе можно учитывать только первые гармоники э.д.с. статра и ротора соответственно.

Е₁=4,44f₁·ω₁·k_об1·Ф_m,

E₂=4,44f₁·ω₂k_об2Ф_m.

Отношение э.д.с.

Е₁/Е₂= ω₁·k_об1/(ω₂k_об2)=k_Е

называют коэффициентом трансформации э.д.с. Для основных гармоник обмоточные коэффициенты обычно равны 0,96 . . . 0,90 и поэтому в первом приближении можно считать

k_E≈

аналогично тому, как это имеет место в трансформаторе.

3.1. Холостой ход.

Если обмотка ротора разомкнута, ротор неподвижен (n₂=0), а статор включен на сеть с напряжением U₁ и частотой f₁, то в этом случае асинхронная машина представляет собой трансформатор при холостом ходе. Первичной обмоткой является статор машины, а вторичной – неподвижный ротор. Под действием напряжения U₁ по обмотке статора протекает ток холостого хода I₀. Образуемая этим током намагничивающая сила F₁ создает поток, одна часть которого Ф_m сцеплена с обмотками обеих частей машины, а другая часть Ф_δ1 – потоком рассеяния. Если р – число пар полюсов машины, то частота вращения намагничивающей силы F₁ и соответственно потока Ф_m

n₁= , с^-1

Основной поток при неподвижном двигателе создает в обмотках статора и ротора э.д.с. Е₁ и Е₂. Поток рассеяния Ф_δ1 создает в обмотке статора э.д.с. рассеяния Е_δ1, причем

Е_δ1= - jI₀x₁,

где х₁ – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.

Кроме того, обмотка статора имеет активное сопротивление r₁, учитывая его действие в форме падения напряжения I₀r₁, мы можем написать уравнение напряжений первичной обмотки асинхронной машины в том же виде, что и для трансформаторов

,

или

Ток холостого хода I₀ имеет две составляющие (так же как ток холостого хода реального трансформатора) – намагничивающую с действующим значением I_0μ , создающую основной магнитный поток Ф_m и совпадающую с ним по фазе, и активную составляющую I_0а,находящуюся в квадратуре с первой составляющей

I₀=

Обычно ток I_0а<10% от тока I₀, поэтому он оказывает ничтожное влияние на величину тока холостого хода. Равным образом невелик и угол α, на который поток Ф_m отстает от тока I₀. Соответственно уравнению э.д.с. можно построить векторную диаграмму холостого хода машины.

Проведем вектор основного магнитного потока Ф_m в положительном направлении оси абсцисс. Вектор э.д.с. Е₁ отстает от вектора потока Ф_m на 90°, по фазе с Е₁ совпадает вектор э.д.с. Е₂ в роторе. Вектор тока I₀ строится по его намагничивающей и активной составляющим. Вектор отстает от вектора тока на 90°; вектор I₀r₁ совпадает по фазе с током I₀. Чтобы построить вектор напряжения U₁ нужно геометрически сложить составляющие напряжения – Е₁, I₀r₁ и jI₀x₁, каждая из которых равна соответствующей э.д.с. по величине.

Рис. Векторная диаграмма холостого хода асинхронной машины.

Величина тока холостого хода I₀ в асинхронной машине из-за наличия воздушного зазора между ротором и статором значительно больше, чем в трансформаторе (20-40% от номинального тока по сравнению с 2-5% у трансформатора). Относительно большой ток холостого хода в машинах является одним из главных недостатков, т.к. вызывает увеличение потерь в обмотке статора (особенно в небольших машинах) и уменьшение коэффициента мощности машины. Для уменьшения I₀ конструкторы стараются уменьшить зазор (Эл.двигатель 5 кВт зазор 0,2 . . . 0,3 мм).

3.2. Работа машины под нагрузкой.

Асинхронная машина может быть рассмотрена как трансформатор под нагрузкой, если в цепь обмотки ротора включить сопротивление нагрузки Z_н .

Анализ работы машины, так же как и трансформатора, основывается на уравнениях э.д.с. и м.д.с. Векторная диаграмма асинхронной машины с заторможенным ротором аналогична диаграмме приведенного трансформатора и определяется формально теми же основными уравнениями:

Построим векторную диаграмму при преобладании индуктивной нагрузки.

Вектор основного потока Ф_m проводим в положительном направлении оси абсцисс. Для создания этого потока необходим намагничивающий ток I₀, вектор которого несколько опережает вектор потока Ф_m. Создаваемые потоком Ф_m э.д.с. Е₁ и Е₂=Е₁ отстают от него на 90°. Ток отстает от э.д.с. на угол ψ₂, определяемый родом нагрузки. Согласно уравнению м.д.с. ток I₁=- +I₀. Чтобы построить вектор , можно использовать уравнение э.д.с. (а). В этом случае нужно геометрически сложить э.д.с. , э.д.с. рассеяния и э.д.с. сопротивления - . Можно сделать и иначе, используя уравнение для определения э.д.с. (б). Тогда геометрически складываются напряжение и падение напряжения на вторичной обмотке и .

На рисунке показаны синусоиды намагничивающих сил F₁, F₂, F_m неподвижной асинхронной машины при нагрузке, вращающиеся в одинаковом направлении и с одинаковой частотой n₁=f₁/p. При этом синусоида F₂ сдвинута относительно синусоиды F₁ на такой угол, что сумма намагничивающих сил F₁ и F₂ дает намагничивающую силу F_m, необходимую для создания основного магнитного потока Ф_m.

3.3. Схема замещения.

Эта схема аналогична схеме замещения трансформатора, но параметры ее определяются другими коэффициентами приведения.

Рис. Схема замещения асинхронной машины при заторможенном роторе.

Полагая , из условия равенства мощностей реального и приведенного роторов m₂I₂E₂=m₁ находим

Величину k_i= называют коэффициентом приведения (трансформации) токов.

Из равенства электрических потерь получаем

Из равенства относительных реактивных падений напряжений находим

Величину k_a=k_Ek_i называют коэффициентом приведения сопротивлений. При определении коэффициентов k_E, k_i и k_a для короткозамкнутой обмотки типа беличьей клетки принимают ω₂=0,5; m₂=z₂ и k_об2=1.

Вывод. Таким образом, теория работы асинхронной машины с заторможенным ротором в основном подобна теории работы трансформатора. Однако, использование асинхронной машины в качестве трансформатора обычно нецелесообразно, т.к. она значительно дороже трансформатора и имеет худшие эксплуатационные характеристики (большой ток холостого хода, меньший к.п.д.). Только в некоторых специальных устройствах асинхронную машину используют в режиме трансформатора, т.е. при заторможенном роторе (поворотные трансформаторы, фазорегулятор и индукционный регулятор).