АСИНХРОННАЯ МАШИНА.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ.

Асинхронная машина это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой отличается от частоты вращения основной гармонической магнитного поля воздушного зазора.

Частота вращения основной гармонической магнитного поля:

, где - частота вращения ротора.

Для оценки частоты вращения ротора, а следовательно оценки возможного режима асинхронной машины вводится специальный параметр – скольжение ротора.

Скольжение – это относительная разность частот вращения основной гармонической магнитного поля и ротора.

Устройство асинхронной машины.

В асинхронной машине принято выделять неподвижную часть – статор, вращающуюся часть ротор.

1 — кабельная муфта; 2 — выводная коробка концов обмотки статора; 3 — кольцевые шпонки крепления сердечника ротора; 4 — нажимные шайбы сердечника ротора; 5 — вал ротора; 6 и 30 — шариковый и роликовый подшипники; 7 — медные соединительные хомутики стержней обмотки ротора: 8 —диффузоры для направления посту­пающего через подшипниковые щиты охлаждающего воздуха; 9 — стержни обмотки ротора; 10 — бандажные кольца; 11 — обмотка статора; 12 — проволочные бандажи ротора; 13 — подъемные кольца; 14 — дуговые шпонки; 15 — кольцевые изоляционные прокладки; 16 — радиальные вентиляционные каналы; 17 — сердечник ротора; 18 — литой корпус статора; 19 — сердечник статора; 20 и 21 — нажимные пальцы и кольца сердечника статора; 22 — кольцо для соединения концов обмотки ротора в звезду; 23 — междукатушечные и междугрупповые соединения обмотки статора; 24 — выводы кон­цов обмотки ротора к контактным кольцам; 25 и 27 — коробка и колпак контактных колец; 26 — контактные кольца; 28 — подвижная втулка с контактами для замыкания выводов обмотки ротора накоротко; 29 — муфта для вывода концов обмотки ротора к внешней цепи

Неподвижная часть машины переменного тока называется статором, а подвижная часть - ротором. Сердечники статора и ро­тора асинхронных машин собираются из листов электротехнической стали, которые до сборки обычно покрываются с обеих сторон масляно-канифольным изоляционным лаком. Сердечники машин малой мощности иногда собираются из листов без ла­кового покрытия, так как в этом слу­чае достаточной изоляцией является естественный или искусственно создан­ный слой окислов на поверхности листов стали.

Сердечник статора закрепляется в корпусе, а сердечник ротора — на валу (машины малой и средней мощности) или на ободе с кре­стовиной и втулкой, надетой на вал (машины большой мощности). Вал ротора вращается в подшипниках, которые помещаются в под­шипниковых щитах, прикрепляемых к корпусу статора (машины малой и средней мощности), или на отдельно стоящих подшипни­ковых стояках.

На внутренней цилиндрической поверхности статора и на внешней цилиндрической же поверхности ротора имеются пазы, в которых размещаются проводники обмоток статора и ротора. Обмотка статора выполняется обычно трехфазной, присоединяется к сети трехфазного тока и называется поэтому также первичной обмоткой. Обмотка ротора тоже может быть выполнена трехфазной аналогично обмотке статора. Концы фаз такой обмотки ротора соединяются обычно в звезду, а начала с помощью контактных колец и металлографитных щеток выво­дятся наружу. Такая асинхронная машина называется машиной с фазным ротором. К контактным коль­цам обычно присоединяется трехфазный пусковой или регулиро­вочный реостат. Фазная обмотка ротора выполняется с тем же числом полюсов магнитного поля, как и статор.

Другая разновидность обмотки ротора—обмотка в виде бе­личьей клетки. При этом в каждом пазу нахо­дится медный или алюминиевый стержень и концы всех стержней с обоих торцов ротора соединены с медными или алюминиевыми же кольцами, которые замыкают стержни накоротко. Стержни от сердечника обычно не изолируются. В машинах мощностью до 100 кВт стержни и кольца вместе с крылышками для вентиля­ции обычно изготовляются путем заливки ротора алюминием. Такая асинхронная машина называется машиной с короткозамкнутым ротором. Большинство асин­хронных машин, в особенности машины малой и средней мощности, выпускается с короткозамкнутым ротором.

Воздушный зазор между статором и ротором в асинхронных машинах выполняется минимально возможным по условиям про­изводства и надежности работы и тем больше, чем крупнее машины. В машинах мощностью в несколько киловатт величина зазора составляет 0,4—0,5 мм, а в машинах большой мощности — не­сколько миллиметров.

Асинхронные машины, как правило, охлаждаются воздухом. Системы вентиляции в принципе являются такими же, как и у машин постоянного тока.

Схемы замещения асинхронной машины

Т - образная схема замещения.

Сопротивлением намагничивающей цепи является главное индуктивное сопротивле­ние первичной обмотки, и по этой цепи протекает намагничивающий ток

Напряжение на зажимах 1 и 2 намагничивающей цепи

Схема 1.

Схема замещения не учитывает магнитных потерь в сер­дечниках машины.

Потери в сердечнике статора (первичной цепи) могут быть учтены при аналогично тому, как это было сделано для трансформатора, путем включения на зажимы 1 и 2 схемы рис. параллельно сопротивлению активного сопротивления такой величины, что потери в нем будут равны магнитным поте­рям в сердечнике статора на одну сразу:

откуда

Величину можно найти, если из опытных или расчетных данных известны потери в сердечнике статора при опреде­ленном E₁ или определенном магнитном потоке. Обычно

Параллельно включенные сопро­тивления можно объеди­нить в одно общее сопротивление намагничивающей цепи , можно объединить в одно общее сопротивление намагничивающей цепи

или

причем . В результате вместо схемы 1 получим схему 2, которая в несколько ином виде представлена па схеме 3.

Схема 2.

Схема 3.

При этом

и выделено добавочное сопротивление

соответствующее механической мощности, развиваемой на роторе машины. Схема 3 аналогична схеме замещения трансфор­матора, к вторичным зажимам которой подключено нагрузочное сопротивление

Намагничивающий ток схем 2 и 3 содержит, кроме реактив­ной составляющей , также активную составляющую , соответствующую магнитным потерям в статоре:

Непосредственный учет магнитных потерь в сердечнике ротора (вторичной цепи) в схеме замещения сложен, так как частота перемагничивания этого сердечника при изменении s изменяется, в результате чего указанные потери при не пропорцио­нальны . В нормальных рабочих режимах машины

(0 < s < 0,05) вследствие малой частоты перемагничивания эти потери вообще незначительны и их можно не учитывать. Если же учет этих потерь все же необхо­дим, то следует иметь в виду, что они покрываются за счет механической мощности.

С увеличением номинальной мощности к.п.д. машины увеличивается, а отно­сительные величины потерь уменьшаются, соответственно чему уменьшаются также отно­сительные величины активных сопротивлений.

Из приведенных данных видно, что сопротивление намагни­чивающей цепи схемы замещения асинхронных машин значительно меньше, чем у трансформаторов. Это объясняется наличием в маг­нитной цепи асинхронных машин воздушного зазора между ста­тором и ротором. В связи с этим намагничивающий ток и ток хо­лостого хода асинхронных машин значительно, чем у трансформаторов.

Г - образная схема замещения.

Составим по правилу контурных токов уравнения напряжений схемы 3.

Для преобразования уравнений перейдем в них от переменной к новой переменной по равенству

где C₁ — некоторое, неопределенное пока комплексное число. Эту операцию можно рассматривать как новое приведение вторичной цепи, причем C₁ является коэффициентом приведения,

откуда

таким образом

Ток I₀₀ представляет собой первичный ток идеального холос­того хода асинхронной машины, когда ее ротор вращается с син­хронной скоростью (s = 0).