Лабораторная работа № 4

Исследование асинхронных машин

В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с испытаниями трехфазных асинхронных двигателей, особенностями их пуска, исследованием рабочих и механических характеристик.

Асинхронные машины используются главным образом в качестве двигателей (АД). По своей конструкции АД подразделяются на два типа: с короткозамкнутым ротором (АК) и с фазным ротором (АФ). Все эти двигатели имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются только исполнением ротора. По своей конструкции двигатели с короткозамкнутым ротором проще двигателей с фазным ротором и более надежны в эксплуатации (так как отсутствует скользящий контакт, требующий систематического наблюдения и ухода), но основной недостаток этих двигателей – значительный пусковой ток и сравнительно небольшой пусковой момент. В двигателях с фазным ротором (с контактными кольцами) имеется возможность с помощью пускового реостата увеличивать пусковой момент до максимального значения и при этом уменьшать пусковой ток, а также регулировать частоту вращения ротора с помощью силовых реостатов.

ЭДС, индуцированного в обмотке ротора, и ее частота f₂ зависят от скольжения:

Здесь Е₂ – ЭДС, наводимая в обмотке неподвижного ротора; Е_2s – ЭДС, наводимая в обмотке вращающегося ротора.

Вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотках статора и ротора ЭДС Е₁ и Е₂. Под действием ЭДС Е₂ в обмотке ротора протекает ток I₂. На проводник с током в магнитном поле действует сила, и в поле создается вращающий электромагнитный момент (М_эм). Величина М_эм определяется не только величиной тока, но и фазой по отношению к ЭДС Е₂ . Если этот момент больше момента нагрузки на валу, ротор приходит во вращение и вращается в ту же сторону, что и вращающееся магнитное поле, но с частотой вращенияменьшей, чем частота вращения поля. По этой причине машина называется асинхронной (ротор и поле вращаются не синхронно).

Относительная разность частот вращения поля статора и ротора называется скольжением:

.

Обмотка ротора при нагрузке также создает вращающееся магнитное поле, так как стержни (фазы) смещены в пространстве друг относительно друга на угол, равный временному углу сдвига токов в них. Это поле вращается относительно ротора с частотой

а так как сам ротор вращается с частотой , поле ротора в пространстве вращается с частотой

Таким образом, поля, созданные первичной и вторичной обмотками, неподвижны относительно друг друга. Результирующее поле в зазоре создается геометрической суммой мдс обмоток

,

которая почти не зависит от нагрузки и определяется, по существу, напряжением обмоток статора.

Анализ асинхронной машины существенно упрощается, если вращающееся магнитное поле многофазной роторной обмотки (или) заменить эквивалентным полем трехфазной обмотки с таким же числом эффективных витков, как и на статоре (), а вращающуюся обмотку ротора заменить неподвижной, сохраняющей все свойства вращающейся.

При таком преобразовании в уравнении роторной обмотки вместо электрической мощности, преобразуемой в механическую,

,

где индекс «s» обозначает зависимость величин от скольжения, появится эквивалентная ей величина

в форме тепловых потерь.

Основные уравнения асинхронной машины могут быть записаны следующим образом:

где – фазное напряжение обмотки статора;– фазные токи обмотки статора и приведенной обмотки ротора;r₁ и – активные сопротивления обмотки статора и приведенной обмотки ротора; х_1 и – индуктивные сопротивления обмотки статора и приведенной обмотки ротора, обусловленные потоками рассеяния этих обмоток; – ЭДС, индуцируемые в обмотках статора и неподвижного ротора потоком взаимоиндукции;– магнитодвижущие силы обмоток статора, ротора и результирующая МДС; s – скольжение.

Так как , вместо двух уравнений напряжений может быть получено одно, на основании которого составляется схема замещения.

Схема замещения асинхронной машины показана на рис. 4.1. При составлении схемы замещения принято

,

где r_m – активное сопротивление, обусловленное потерями в стали; х_m – индуктивное сопротивление, обусловленное основным магнитным потоком.

Рис. 4.1. Схема замещения асинхронной машины

Электромагнитная мощность асинхронного двигателя

,

а электромагнитный момент

.

Векторная диаграмма, являющаяся графической записью основных уравнений асинхронной машины, показана на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Векторная диаграмма асинхронной машины

Для определения параметров схемы замещения, построения круговой диаграммы, точного определения коэффициента полезного действия, расчета пусковых тока и момента используют данные опытов холостого хода и короткого замыкания.