Трехфазные асинхронные двигатели (АД). Устройство и принцип работы, уравнения электрического и магнитного состояния. Магнитное поле машин.

Неподвижная часть машины называется статор, подвижная – ротор. Сердечник статора набирается из листовой электротехнической стали и запрессовывается в станину. На рис. 2.1 показан сердечник статора в сборе. Станина (1) выполняется литой, из немагнитного материала. Чаще всего станину выполняют из чугуна или алюминия. На внутренней поверхности листов (2), из которых выполняется сердечник статора, имеются пазы, в которые закладывается трёхфазная обмотка (3). Обмотка статора выполняется в основном из изолированного медного провода круглого или прямоугольного сечения, реже – из алюминия.

рис 2.1

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами с1, с2, с3, концы – с4, с5, с6.

Начала и концы фаз выведены на клеммник (рис. 2.2 а), закреплённый на станине. Обмотка статора может быть соединена по схеме звезда (рис. 2.2 б) или треугольник (рис. 2.2 в). Выбор схемы соединения обмотки статора зависит от линейного напряжения сети и паспортных данных двигателя. В паспорте трёхфазного двигателя задаются линейные напряжения сети и схема соединения обмотки статора. Например, 660/380, Y/∆. Данный двигатель можно включать в сеть с Uл = 660В по схеме звезда или в сеть с Uл =380В – по схеме треугольник.

Основное назначение обмотки статора – создание в машине вращающего магнитного поля.

рис 2.2

а) ЭДС статора.

Магнитное поле, создаваемое обмоткой статора, вращается относительно неподвижного статора с частотой n0 = (60 f) / p и будет наводить в обмотке статора ЭДС. Действующее значение ЭДС, наводимой этим полем в одной фазе обмотки статора определяется выражением:

E1 = 4,44 w1 k1 f Ф,

где: k1=0.92÷0.98 – обмоточный коэффициент;

f1=f – частота сети;

w1 – число витков одной фазы обмотки статора;

Ф – результирующее магнитное поле в машине.

б) Уравнение электрического равновесия фазы обмотки статора.

Это уравнение составлено по аналогии с катушкой с сердечником, работающей на переменном токе.

Здесь Ú и Ú1 – напряжение сети и напряжение, подведённое к обмотке статора.

R1 – активное сопротивление обмотки статора, связанное с потерями на нагрев обмотки.

x1 – индуктивное сопротивление обмотки статора, связанное с потоком рассеяния.

z1 – полное сопротивление обмотки статора.

İ1 – ток в обмотке статора.

При анализе работы асинхронных машин часто принимают I1 z1 = 0. Тогда можно записать:

U1 ≈ E1 = 4,44 w1 k1 f Ф.

Из этого выражения следует, что магнитный поток Ф в асинхронной машине не зависит от её режима работы, а при заданной частоте сети ƒ зависит только от действующего значения приложенного напряжения U1. Аналогичное соотношение имеет место и в другой машине переменного тока – в трансформаторе.

Направление вращения магнитного поля зависит от порядка чередования фаз. Величина результирующей магнитной индукции .Частота вращения магнитного поля n0 зависит от частоты сети f и числа пар полюсов магнитного поля р.   n0 = (60 f) / p, [об/мин]. Частота вращения магнитного поля не зависит от режима работы асинхронной машины и её нагрузки. При анализе работы асинхронной машины часто используют понятие о скорости вращения магнитного поля ω0, которая определяется соотношением:ω0 = (2 π f) / p = π n0 / 30, [рад/сек].

а) Частота ЭДС и тока ротора.

При неподвижном роторе частота ЭДС f2 равна частоте сети f.   f2 = f = (n0 p) / 60.

При вращающемся роторе частота ЭДС ротора зависит от частоты вращения магнитного поля относительно вращающегося ротора, которая определяется соотношением:

n' = n0 - n.

Тогда частота ЭДС вращающегося ротора:

Частота ЭДС ротора изменяется пропорционально скольжению и в режиме двигателя имеет наибольшее значение в момент пуска в ход.

Пусть при f = 50 Гц, номинальное скольжение Sн = 2 %. Тогда при номинальной частоте вращения ротора f2 = f × Sн = 1 Гц.

Таким образом, в обмотке ротора асинхронной машины частота наводимой ЭДС зависит от частоты вращения ротора.