Стартовая >> Книги >> Оборудование >> Электрические машины

Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе - Электрические машины

Оглавление
Электрические машины
Основные электромагнитные схемы электрических машин
Устройство многофазных обмоток
Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
Асинхронные машины
Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Механическая характеристика асинхронной машины
Статическая устойчивость асинхронной машины
Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
Пуск асинхронных двигателей
Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели
Генераторный режим асинхронной машины
Трансформаторный режим асинхронной машины
Синхронные машины
Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
Уравнения напряжений и векторные диаграммы
Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
Работа на автономную нагрузку
Параллельная работа синхронных машин
Включение генератора в сеть
Регулирование активной мощности синхронной машины
Регулирование реактивной мощности синхронной машины
Угловая характеристика синхронной машины
Статическая устойчивость синхронной машины
U-образные характеристики
Синхронные двигатели
Синхронные компенсаторы
Несимметричные режимы синхронных генераторов
Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
Машины постоянного тока
ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
Коммутация
Генераторы постоянного тока
Характеристики генераторов с самовозбуждением
Параллельная работа генераторов постоянного тока
Двигатели постоянного тока
Характеристики двигателя постоянного тока
Регулирование частоты вращения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе

Физическая сущность явлений в асинхронной машине и трансформаторе имеет много общего, поэтому целесообразно начать изучение асинхронных машин с трансформаторного режима при неподвижном роторе ().
Рассмотрим явления в трехфазной асинхронной машине, полагая, что все величины являются синусоидальными функциями времени, а магнитное поле в воздушном зазоре распределено по гармоническому закону. Высшими пространственными гармониками поля пренебрегаем. Обмотку ротора будем считать фазной. Пусть вначале обмотка ротора разомкнута, а обмотка статора включена в сеть на напряжение  (рис. 4.3, а).
Симметричная система токов , протекающих по фазам обмотки статора под действием приложенного напряжения , создает основную гармонику МДС с амплитудой
.
Под действием этой МДС в машине образуется магнитный поток, который обычно разделяют на основной поток Ф, сцепленный с обмотками статора и ротора, и поток рассеяния , сцепленный только с обмоткой статора,
.
Основной магнитный поток наводит в обмотках статора и ротора ЭДС
;
.
Для удобства дальнейшего анализа обмотку ротора приведем к обмотке статора. Приведенные величины, как и в трансформаторе, будем обозначать символами со штрихами. Коэффициент приведения по напряжению определяется как отношение ЭДС  и :
.
Появление в формуле для  отношения обмоточных коэффициентов обусловлено характером образования магнитного поля в асинхронной машине. В отличие от трансформатора первая гармоника магнитного поля асинхронной машины зависит от конструкции обмотки.


Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе

ЭДС  и  можно также выразить через ток , используя комплексную форму записи величин
,
где  - сопротивление намагничивающего контура; ,  - активная и реактивная составляющие сопротивления намагничивающего контура.
В обмотке статора кроме ЭДС  существует еще ЭДС  от потока рассеяния . Действующее значение этой ЭДС представляется комплексом
,
где  - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора.
Напряжения, ЭДС и токи фаз обмоток статора и ротора должны удовлетворять уравнениям, которые в комплексной форме записываются аналогично уравнениям трансформатора


            (4.1)
Выражая ЭДС ,  и  через ток , получим
                (4.2)
где .


Этим уравнениям соответствует схема замещения асинхронной машины с неподвижной и разомкнутой обмоткой ротора (рис. 4.4). Данная схема аналогична схеме замещения трансформатора на холостом ходу. Отличие состоит лишь в соотношении параметров. Наличие воздушного зазора в машине приводит к существенному снижению реактивной составляющей сопротивления намагничивающего контура  и, следовательно, к увеличению тока намагничивания. В асинхронных машинах ток намагничивания составляет 20-50% от номинального тока, а в трансформаторе он на порядок меньше. По уравнениям (4.1) можно построить также векторную диаграмму, задав напряжение вектора ЭДС  (рис. 4.5). Если совместить эту диаграмму с пространственной диаграммой, то можно получить мгновенные значения фазных напряжений ЭДС и токов, проецируя вращающиеся с угловой скоростью  векторы ,  и  на неподвижные оси АВС.
Рассмотрим теперь процессы в асинхронной машине с неподвижным ротором и короткозамкнутой обмоткой ротора (рис. 4.6, а).
При включении обмотки статора на напряжение  фазные токи  создают основную гармонику МДС  с амплитудой
.
Токи ротора , направленные, в соответствии с правилом Ленца, навстречу токам , создадут основную гармонику МДС  с амплитудой
.


Число фаз обмотки ротора  в общем случае не равно числу фаз обмотки статора . МДС  и  образуют результирующую МДС , которая создает основной магнитный поток , сцепленный с обеими обмотками.
Связь между этими МДС в комплексной форме определяется уравнением
.
Выражая МДС через соответствующие токи, получим
,
где  - ток намагничивания, протекающий по обмотке статора.
Отсюда находим выражение для тока намагничивания :

или
,                                                (4.3)
где  - коэффициент приведения обмотки ротора к обмотке статора по току.
Полученное уравнение называется уравнением токов.
Ток намагничивания  по определению создает в машине основной магнитный поток Ф, который, сцепляясь с обмотками статора и ротора, наводит в них ЭДС

Кроме основного потока в машине существуют также потоки рассеяния  и  (рис. 4.6, б). Каждый из этих потоков сцепляется только со своей обмоткой и наводит в ней ЭДС рассеяния  и  соответственно.
Действующие значения этих ЭДС можно выразить через соответствующие токи в комплексной форме:

С целью упрощения дальнейшего анализа выполним приведение обмотки ротора к обмотке статора, используя соотношения
     и        .
После приведения получаем
;        ,
где  - приведенное значение индуктивного сопротивления рассеяния обмотки ротора;  - коэффициент приведения обмотки ротора к обмотке статора по сопротивлению.
В соответствии со вторым законом Кирхгофа напряжения, ЭДС и токи обмотки статора и ротора должны удовлетворять уравнениям
                                                    (4.4)


где  - приведенное значение активного сопротивления обмотки ротора.
Уравнения напряжений (4.4) совместно с уравнением тока (4.3) образуют полную систему уравнений асинхронной машины для анализа установившихся режимов.
Уравнения показывают, что асинхронную машину можно заменить Т-образной схемой замещения (рис. 4.7), аналогичной схеме замещения трансформатора в режиме короткого замыкания.
Таким образом, при неподвижном роторе асинхронная машина работает как трансформатор, в котором электрическая энергия статора за вычетом потерь переходит в ротор, где, не совершая никакой полезной работы, превращается в тепло.



 
« Электрические аппараты и оборудование выше 1000В
электрические сети