Основы электротехники Методические указания Основы электроники Курсовая работа Лабораторные работы Основы теории цепей

Лабораторные работы по электротехнике

Принцип действия асинхронной машины и режимы ее работы

  Трехфазная обмотка статора создает магнитное поле, вращающееся со скоростью

.

  Электромагнитное взаимодействие между статором и ротором возникает только при неравенстве скорости поля статора и скорости вращения ротора.

Отношение

  (11.3)

Рис. 11.5

 

или

 (11.4)

называется скольжением асинхронной машины.

 В зависимости от соотношения  и  различают три режима работы: в режиме двигателя; в режиме генератора; в режиме электромагнитного тормоза.

 Работа в режиме двигателя. На рис. 11.5 показано магнитное поле статора, вращающееся по часовой стрелке. При  линии поля статора перемещаются относительно ротора также по часовой стрелке со скоростью . Согласно правилу правой руки ЭДС в проводниках ротора под северным полюсом направлены к нам, в проводниках под южным полюсом – от нас. То же направление имеют и активные составляющие токов в проводниках. Электромагнитные силы взаимодействия магнитных полей статора и ротора создают вращающий момент в направлении вращения поля статора. Скорость , с которой вращается двигатель, зависит от его нагрузки. При холостом ходе скорость  становится почти равной , так как при  = 0 ЭДС и токи в роторе равны нулю и электромагнитное взаимодействие исчезает. Таким образом, асинхронная машина работает в режиме двигателя в пределах от  = 0 до , т.е. при скольжении от  +1 до  0. При этом электрическая энергия, подводимая к статору из сети, преобразовывается в механическую энергию на валу.

 Работа в режиме генератора. Предположим, что подключенный к сети статор создает вращающееся магнитное поле, а ротор приводится во вращение в том же направлении со скоростью . В этом случае скольжение будет отрицательным, а ЭДС и токи ротора изменяют направление по сравнению с работой в режиме двигателя. Момент на валу становится тормозящим по отношению к вращающему моменту первичного двигателя. Асинхронная машина работает генератором. Механическая энергия, подведенная к валу, преобразовывается в электрическую энергию и отдается в сеть. Таким образом, асинхронная машина может работать в режиме генератора параллельно с сетью в пределах от  до , т.е. при скольжении от  до .

 Работа в режиме электромагнитного тормоза. Допустим, что ротор приводится во вращение против направления вращения магнитного потока статора. В этом случае к асинхронной машине подводится энергия с двух сторон – электрическая из сети и механическая от первичного двигателя. Такой режим работы называется режимом электромагнитного тормоза. Он возникает при скольжении от  до . Примером практического применения режима электромагнитного тормоза является опускание груза в подъемно-транспортных устройствах.

Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора

 Вращающийся магнитный поток в воздушном зазоре пересекает проводники обмоток статора и ротора и индуктирует в них синусоидальные ЭДС. ЭДС одного витка

,

где  – максимальное значение вращающегося магнитного потока.

  Обмотка статора имеет  витков, уложенных в пазах. В один и тот же момент времени мгновенные значения ЭДС, наведенные в витках, получаются сдвинутыми по фазе. Суммарная ЭДС равна геометрической сумме ЭДС, которая меньше алгебраической суммы. Эта разность учитывается коэффициентом распределения. Кроме того, в электрических машинах переменного тока применяют укороченные шаги обмотки и профилирование пазов с целью получения синусоидального распределения потока. Эти меры также уменьшают ЭДС, что учитывается соответствующими коэффициентами укорочения и скоса пазов. Произведение всех трех коэффициентов называется обмоточным коэффициентом, числовое значение которого = 0,92…0,98. Амплитуда ЭДС фазной обмотки статора

,

а ее действующее значение с учетом  можно записать в виде

.  (11.5)

 Сравнение (11.5) с (7.3) показывает, что ЭДС обмотки статора зависит от тех же параметров, что и ЭДС первичной обмотки трансформатора, если принять  = 1.

 Частота этой ЭДС

. (11.6)

 ЭДС, наведенная в обмотке ротора, имеет частоту

.  (11.7)

 В режиме двигателя частота ЭДС ротора при пуске равна частоте напряжения сети, а в рабочем режиме составляет несколько герц. Так, при  = 0,04 частота ЭДС в роторе = 50·0,04 = 2 Гц.

 ЭДС обмотки вращающегося ротора

,

где  – обмоточный коэффициент для обмотки ротора,   – число витков фазы обмотки ротора.

 В короткозамкнутой обмотке в пазу находится один проводник, который представляет собой отдельную фазу. Поэтому  = 0,5, а = 1.

 У двигателя с фазным ротором

 С учетом (11.7) ЭДС вращающегося ротора можно представить в виде

,  (11.8)

ЭДС неподвижного ротора при  = 1

.  (11.9)

 Следовательно, ЭДС вращающегося ротора (11.8) можно выразить через ЭДС неподвижного ротора

,  (11.10)

т.е. ЭДС обмотки ротора прямо пропорциональна скольжению или обратно пропорциональна частоте вращения ротора. Максимальное значение ЭДС ротора в режиме двигателя соответствует скольжению  = 1, т.е. при неподвижном роторе.

 Из сравнения (11.5) и (11.9) следует, что асинхронная машина подобна трансформатору с коэффициентом трансформации по ЭДС

.  (11.11)

 По аналогии с трансформатором введем понятие ЭДС заторможенного ротора, приведенной к статору

.  (11.12)

 Кроме рассмотренных ЭДС обмоток статора и ротора, обусловленных результирующим (основным) магнитным потоком, в обмотках индуктируются ЭДС от потоков рассеяния:

в обмотках статора

,  (11.13)

в обмотках ротора

.  (11.14)

 Составляющие напряжения сети, соответствующие ЭДС самоиндукции, представляют в виде

,  (11.15)

где  – индуктивное сопротивление от потоков рассеяния одной фазы статорной обмотки, и в виде

  (11.16)

где  – индуктивное сопротивление от потоков рассеяния одной фазы обмотки вращающегося ротора.

 11.6. Ток ротора

 Под действием ЭДС ротора (11.10) в его обмотке протекает ток

.  (11.17)

 С учетом равенств  и  получаем

.  (11.18)

 Ток по (11.18) равен току (11.17), но отличается тем, что имеет частоту, равную частоте неподвижного ротора, т.е. частоте напряжения сети. Угол сдвига по фазе между ЭДС и током остается неизменным

.

Так как в цепях переменного тока с активными и реактивными элементами токи и напряжения сдвинуты друг относительно друга по фазе, то активные и реактивные сопротивления и проводимости можно складывать только квадратично.

При последовательном соединении элементов (рисунок 2.7а) полное сопротивление цепи определяется по формуле:

при параллельном соединении элементов (рисунок 2.7 б) полная проводимость цени определяется по формуле:

где g, b - соответственно активная и реактивная проводимость цепи.


На главный раздел сайта: Выполнение курсовой по электротехнике