Явления связанные с вращением ротора асинхронного двигателя

Режим двигателя

Рассмотрим два крайних режима двигателя:

а) холостой ход двигателя

При холостом ходе нет нагрузки на валу, ротор под действием вращающего магнитного поля статора разгонится до скорости близкой к синхронной, а ток статора равен току холостого хода. Мощность, потребляемая из сети пойдет на покрытие потерь, т.е.

Р_о = Р_эл1 + Р_мг + Р_мех + Р_доб

Разница между трансформатором и двигателем будет только конструктивная. В двигателе имеется воздушный зазор. Поэтому ток холостого хода двигателя равен 20 ¸ 30% от номинального.

б) режим короткого замыкания

При этом режиме ротор механически заторможен, а обмотка ротора закорочена. К статору подводится пониженное напряжение, при котором ток имеет значение близкое к номинальному. Мощность короткого замыкания пойдет на покрытие потерь в стали и обмотках. При номинальном напряжении пусковой ток

I_п = (5 ¸ 7)I_н.

Используя данные режима холостого хода и короткого замыкания можно построить круговую диаграмму, а по ней определить рабочие характеристики двигателя при нагрузке.

При рассмотрении этого вопроса увидим что частота ротора, ЭДС и индуктивное сопротивление с изменением скорости вращения ротора не остаются постоянными. Запишем выражение ЭДС неподвижного ротора.

ЭДС для вращающегося ротора

где f₂ – частота ЭДС ротора

тогда E_2s=4.44f₁ w₂ Ф k₀₂ S = E₂ S

т.е. ЭДС для вращающего ротора равна ЭДС неподвижного ротора умноженной на скольжение.

Индуктивное сопротивление неподвижного ротора

X₂=2 f₁ L₂, где L₂ – индуктивность фазы ротора

Индуктивное сопротивление вращающего ротора

X₂=2 f₂ L₂ =2 f₁ L₂S =X₂S

т.е. индуктивное сопротивление вращающего ротора равно индуктивному сопротивлению неподвижного ротора умноженное на скольжение. Таким образом видим, что частота, ЭДС и индуктивное сопротивление ротора зависят от скольжения. Теперь можно записать выражение для тока ротора . Ток ротора будет создавать магнитное поле.

Из законов электромеханики следует, что передача энергии от одного звена к другому, для любой электрической машины, возможна лишь тогда, когда магнитные поля вращаются с одинаковой скоростью.

Докажем это для асинхронного двигателя:

1. Определим скорость магнитного потока созданного током ротора I₂ относительно ротора

2. Определим скорость магнитного поля ротора относительно неподвижного статора (точка К)

, рис. 107.

Видим, что поле ротора независимо от скольжения по отношению к неподвижному статору вращается с синхронной скоростью, а поле статора также вращается с синхронной скоростью по отношению к неподвижному статору. Поэтому в пространстве поле статора и ротора неподвижны между собой.

Рис. 107

Только при этом условии возможно взаимодействие и передача энергии от статора ротору. Ток ротора создает намагничивающую силу F₂, по закону Ленца она направлена против намагничивающей силы статора.

При холостом ходе ток статора равен I₀, но по мере нагрузки ЭДС Е₂ растет, растет и ток I₂, увеличивается F₂ и поток ротора, который размагничивает поток статора, что приведет к уменьшению ЭДС Е₁, и к увеличению тока статора I₁, до такой величины, чтобы скомпенсировать размагничивающий поток ротора и обеспечить постоянство потока. Поэтому уравнение намагничивающих сил асинхронного двигателя будет аналогично трансформаторному