Магнитные поля и э.д.с. асинхронной машины

Под действием подводимого к фазам обмотки статора напряжения U₁ в них возникают токи I₁, создающие вращающееся магнитное поле. Большая часть этого поля (поток Ф₁) сцепляется как с обмоткой ротора, так и с обмоткой статора и называется основным потоком обмотки статора. Меньшая часть поля статора (поток ) сцепляется только с витками обмотки статора (рис. 3.11) и называется потоком рассеяния статора.

Рис. 3.11. Магнитные потоки в асинхронном двигателе

Токи I₂ ротора, проходя по про­водникам обмотки ротора, создают свое магнитное поле, часть которого (поток Ф₂) сцепляется с обеими обмотками (статора и ротора) и называется основным потоком ротора. Другая часть (поток ) сцепляется только с витками обмотки ротора и называется потоком рассеяния ротора.

Основные потоки статора Ф₁ и ротора Ф₂ вращаются в пространстве с одинаковой частотой n₁ и не перемещаются относительно друг друга.

В последнем легко убедиться. Поле статора, вращаясь в пространстве с синхронной частотой n₁, наводит в обмотке ротора э. д. с., которая изменяется с частотой f₂ = f₁s. Токи ротора, изме­няясь с такой же частотой, создают поле ротора, которое вращается относительно ротора с частотой n₂₂ в ту же сторону, что и ротор:

(3.18)

Частота вращения поля ротора в пространстве может быть найдена как сумма частот вращения ротора n₂ и n₂₂. Эта сумма с учетом соотношений (3.16) и (3.18) равна синхронной частоте вращения:

Потоки и складываясь, создают основное (рабочее) поле асинхронного двигателя , которое, как и в трансформаторе (см. § 6.4), при изменении нагрузки от нуля (в режиме холостого хода) до номинальной практически остается неизменным, примерно равным потоку холостого хода :

(3.19)

Равенство (3.19), так же как и все рассуждения о потоках Ф₁, Ф₂, Ф₀, справедливо лишь для ненасыщенной машины. Для прида­ния рассуждениям более строгого характера целесообразно потоки заменить соответствующими им м. д. с., т. е. равенство (3.19) записать в виде

(3.20)

здесь – м. д. с. обмотки статора;

– м.д.с. обмотки ротора;

– м. д. с. холостого хода.

Основной (рабочий) поток асинхронного двигателя, вращаясь в пространстве, пересекает обмотку статора с частотой n₁, и обмотку ротора с частотой n_s = n₁ - n₂, и наводит в них э. д. с.

(3.21)

(3.22)

где и – произведения чисел витков на обмоточные коэффициенты соответственно обмоток статора и ротора.

Э. д. с. , так же как и частота ее изменения f₂, зависит от скольжения s или, что одно и то же, от частоты вращения ротора n₂. В этом нетрудно убедиться, подставив в равенство (3.22) значение f₂ = f ₁ s:

(3.23)

Здесь – э. д. с., наводимая вращающимся в пространстве потоком Ф в обмотке неподвижного ротора (когда n₂= 0, s= 1, f ₂ = f ₁).

Таким образом, э. д. с. ротора Е_2S изменяется прямо пропор­ционально скольжению s. Она максимальна при пуске (n ₂=0, s= 1) и равна нулю при идеальном холостом ходе (когда n ₂ = n ₁, s= 0).

Потоки рассеяния статора и ротора наводят э. д. с. рас­сеяния и , которые, как и в трансформаторе, могут быть выражены через соответствующие токи I₁ и I₂, и индуктивные сопротивления:

(3.24)

(3.25)

где и – индуктивные сопротивления рассеяния обмоток статора и ротора: и – индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора.

Так как f ₂ = f ₁ s, то

(3.26)

Следовательно, индуктивное сопротивление рассеяния ротора при любом скольжении равно индуктивному сопротивлению непо­движной обмотки ротора , умноженному на скольжение s.