Анализ режимов работы АД и его расчет значительно упрощаются, если объединить схемы замещения статора (рис. 2,а) и ротора (рис. 1,а) в единую схему замещения и таким образом формально свести явления во вращающемся двигателе к явлениям в неподвижном трансформаторе. Это объединение возможно, если, во-первых, добиться, чтобы частота тока в роторе f2 была равна частоте f1, во-вторых, чтобы ЭДС в роторе Е2S была равна ЭДС Е1.

Первое условие выполняется путем формального преобразования соотношения:

 Эквивалентная схема замещения вращающегося ротора показана на рис. 1 (а). Ток ротора равен

Если разделить все члены этого уравнения на скольжение s то оно преобразуется к виду

Если разделить все члены этого уравнения на скольжение s то оно преобразуется к виду

По формуле видно, что ток Ι2 зависит от ЭДС Е2 неподвижного ротора, имеющей частоту f1 питающей сети. Сопротивление x2 также соответствует неподвижному ротору, т.е. частоте f1, тогда как активное сопротивление обмотки ротора становится равным r2/s.

При таком переходе ток Ι2, вычисленный по формуле выше, по сравнению с током Ι2S формулы до преобразования не изменится ни по величине, ни по фазе, но будет иметь частоту питающей сети. В соответствии с этим эквивалентная схема для вращающегося ротора (рис. 2,а), может быть заменена эквивалентной схемой неподвижного ротора (рис. 2).

Таким образом, путем формальных преобразований схему замещения вращающегося ротора можно заменить эквивалентной схемой замещения, в которой величины Е2 и  – постоянны, а изменится лишь параметр r2/s, учитывающий  изменение нагрузки двигателя.

Второе условие достигается путем приведения обмотки неподвижного ротора к обмотке статора, т.е. замены ее такой обмоткой, которая имеет одинаковые с обмоткой статора число фаз, число витков и тот же обмоточный коэффициент. При этом у приведенного ротора, также как и у приведенной вторичной обмотки трансформатора мощности и фазовый угол между векторами:

При этом у приведенного ротора, также как и у приведенной вторичной обмотки трансформатора мощности и фазовый угол между векторами

должны оставаться такими же как и до приведения.

Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные производится по следующим формулам:

Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные производится по следующим формулам

Схема замещения приведенного АД показана на рис.1. Она подобна схеме замещения приведенного трансформатора. Единственным отличием является зависимость активного сопротивления от скольжения, которое учитывает изменение нагрузки двигателя.

Рис. 1 – Схемы замещения приведенного асинхронного  двигателя: а – Т-образная; б – Г-образная

Рис. 1 - Рис. 1 – Схемы замещения приведенного асинхронного  двигателя: а – Т-образная; б – Г-образная

Схему замещения на рис. 1 (а) называют Т-образной схемой замещения.

Уравнения равновесия ЭДС и токов приведенного АД записывается в виде:

Уравнения равновесия ЭДС и токов приведенного АД записывается в виде

Приведенное активное сопротивление ротора:

Приведенное активное сопротивление ротора

можно представить в виде двух составляющих:

Приведенное активное сопротивление ротора  можно представить в виде двух составляющих

при этом составляющая:

составляющая учитывает полную механическую мощность на валу двигателя

учитывает полную механическую мощность на валу двигателя подобно тому, как в трансформаторе сопротивление zн´ определяло полную мощность, передаваемую нагрузке.

В схеме замещения, показанной на рис. 1 (а) без большой погрешности можно вынести контур намагничивания с током Ι0 на зажимы схемы замещения и получить упрощенную Г-образную схему замещения (рис.1,б), для которой справедливо соотношение:

упрощенную Г-образную схему замещения (рис.1,б), для которой справедливо соотношение

Замена реального вращающегося ротора эквивалентным ему неподвижным с приведенной обмоткой приводит к возможности изображения статорных и роторных величин на одной векторной диаграмме приведенного АД, представленной на рис. 2.

Рис. 1 – Векторная  диаграмма приведенного  асинхронного двигателя

Рис. 2 – Векторная  диаграмма приведенного  асинхронного двигателя

Эта векторная диаграмма является графическим решением уравнений равновесия ЭДС и токов приведенного АД.

Порядок построения:

1. Отложить вправо от центра по горизонтали вектор основного магнитного потока взаимоиндукции:

вектор основного магнитного потока взаимоиндукции

в произвольном масштабе. По вертикали вниз, то есть под углом 90° к вектору провести направление векторов ЭДС:

направление векторов ЭДС

а вверх по вертикали направление вектора:

вверх по вертикали направление вектора

 2. Из начала координат под углом:

под углом

к вектору:

вектор основного магнитного потока взаимоиндукции

в сторону опережения отложить вектор тока холостого хода:

вектор тока холостого хода

в принятом масштабе токов.

3. Имея в виду, что параметры:

параметры

могут быть рассчитаны или определены опытным путем, а скольжение s – задано, необходимо через начало координат под углом:

необходимо через начало координат под углом

к вертикальной оси отложить вектор тока:

к вертикальной оси отложить вектор тока

и затем векторы:

и затем векторы

геометрическая сумма которых определяет величину вектора:

геометрическая сумма которых определяет величину вектора

4. Сложить геометрически векторы:

Сложить геометрически векторы

определив тем самым величину и положение вектора:

определив тем самым величину и положение вектора

5. Радиусом:

Радиусом

сделать засечку на вертикальной оси вверх от центра о и определить величину вектора:

определить величину вектора

Из конца этого вектора отложить вектор падения напряжения на активном сопротивлении:

отложить вектор падения напряжения на активном сопротивлении

и прибавить к нему вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния:

вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении рассеяния

Геометрическая сумма всех векторов определит величину и положение вектора первичного напряжения:

положение вектора первичного напряжения

Угол φ1 между векторами тока и напряжения определяет коэффициент мощности, а значит и активную мощность двигателя при заданном скольжении и параметрах обмоток статора и ротора. В частности, активная мощность:

активную мощность двигателя при заданном скольжении и параметрах обмоток статора и ротора. В частности, активная мощность

при этом положительна, что соответствует потреблению ее из сети.

Векторная диаграмма позволяет наглядно представить физические процессы и соотношения в асинхронной машине при различных

режимах их работы, провести анализ, в чем можно будет убедиться при анализе электромагнитного момента АД. Практическое применение она находит при построении так называемых круговых диаграмм.




Если теперь ротор оставить неподвижным, а его обмотку замкнуть, то будет иметь место короткое замыкание АД, подобное короткому замыканию трансформатора. Этот режим имеет место в первый момент пуска АД, когда ротор еще не пришел во вращение. Ток ста-тора АД при коротком замыкании составляет (4…7) Ιн, поэтому во избежание чрезмерного нагревания и повреждения изоляции обмоток двигатель нельзя длительно оставлять при коротком замыкании под полным напряжением.
Часть картины распределения магнитных полей АД при коротком замыкании показана на рис.1 (б).

Распределение магнитных полей заторможенного асинхронного двигателя при коротком замыкании

Рис. 1 - Распределение магнитных полей заторможенного асинхронного двигателя при коротком замыкании

Основной магнитный поток Фо создается в этом режиме совместным действием МДС статора F1 и ротора F2

Основной магнитный поток Фо создается в этом режиме совместным действием МДС статора F1 и ротора F2

т.е. выполняется равенство:

выполняется равенство: где m1 и m2 – число фаз обмотки статора и ротора соответственно,   p –число пар полюсов.

где m1 и m2 – число фаз обмотки статора и ротора соответственно, p –число пар полюсов.

Это равенство можно преобразовать к виду:

Уравнение носит название уравнения равновесия токов и справедливо для любого режима работы АД.

Уравнение носит название уравнения равновесия токов и справедливо для любого режима работы АД.

Если величиной тока Ιо пренебречь, то будет иметь равенство:

Если величиной тока Ιо пренебречь, то будет иметь равенство

Отношение:

Отношение называется коэффициентом трансформации тока

Магнитный поток рассеяния Фрс2 создает в обмотке ротора ЭДС рассеяния Ерс2, величина которой определяется равенством:

где x2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора

где x2 – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора.

Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки ротора равно:

Падение напряжения на активном сопротивлении обмотки ротора равно

Уравнения равновесия ЭДС для обмоток статора и ротора имеет вид:

Уравнения равновесия ЭДС для обмоток статора и ротора имеет вид

Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе представлена на рис. 2.

Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе

Рис. 2  - Схема замещения вторичной цепи при неподвижном роторе

Ток ротора Ι2 определяется из выражения:

Ток ротора Ι2 определяется из выражения

Если в асинхронной машине с заторможенным ротором в цепь обмотки ротора включить сопротивление нагрузки, то ее можно использовать в качестве трансформатора.



Выводы обмоток машин трехфазного тока обозначаются в соответствии с ГОСТ 26772 — 85. Выводы обмоток обозначаются прописными буквами латинского алфавита (например: U, V, W). Выводы первичных обмоток трехфазных машин следует обозначать в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1. Выводы трехфазных машин:

Выводы трехфазных машин. Выводы первичных обмоток трехфазных машин следует обозначать в соответствии с таблицей

Выводы вторичных обмоток трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором следует обозначать в соответствии с таблицей 2.

Для машины с одним направлением вращения порядок чередования обозначений выводов должен соответствовать порядку следования фаз для данного вращения.

Таблица 2. Выводы трехфазных АД:

Выводы трехфазных АД. Выводы вторичных обмоток трехфазных асинхронных двигате-лей с фазным ротором следует обозначать в соответствии с таблицей

Выводы обмоток однофазных машин следует обозначать в соответствии с таблицей 3.

 

Таблица 3. Выводы однофазных машин:

Выводы обмоток однофазных машин следует обозначать в соответствии с таблицей 3.

Выводы машин переменного тока, имеющие одинаковые буквенные обозначения, следует обозначать дополнительной цифрой, стоящей впереди букв.

Выводы обмоток ранее разработанных машин и установленных на судах, находящихся в эксплуатации, обозначены согласно ГОСТ 183 – 74 и в представленных таблицах указаны в скобках.

Обмотки машин малой мощности с диаметром корпуса 40 мм и менее, где буквенное обозначение применять затруднительно, допускается обозначение выводом цветным кодом (проводами с разноцветной изоляцией, краской и пр):

— для трехфазных машин в соответствии с таблицей 4;

— для однофазных двигателей в соответствии с таблицей 5;

— для коллекторных двигателей постоянного и переменного тока в соответствии с таблицей 4;

Таблица 4. Выводы трехфазных машин малой мощности:

Таблица 4. Выводы трехфазных машин малой мощности

 

Таблица 5. Выводы однофазных машин малой мощности:

Таблица 5. Выводы однофазных машин малой мощности




Устройство асинхронного двигателя (АД) с короткозамкнутым ротором показано на примере двигателя серии AM (рис. 1).

Устройство АД с короткозамкнутым ротором 

Рис. 1 - Устройство АД с короткозамкнутым ротором

Основными частями АД являются неподвижный статор 10 и вращающийся внутри него ротор, отделенный от статора воздушным зазором.

Для уменьшения вихревых токов сердечники ротора и статора набираются из отдельных листов, отштампованных из электротехнической стали толщиной 0,35 или 0,5 мм. Листы оксидируются (подвергаются термической обработке), что увеличивает их поверхностное сопротивление.

Сердечник статора встраивается в станину 12, являющуюся внешней частью машины. На внутренней поверхности сердечника имеются пазы, в которых уложена обмотка 14. Статорную обмотку чаще всего делают трехфазной двухслойной из отдельных катушек с укороченным шагом из изолированного медного провода. Начала и концы фаз обмотки выводят на зажимы коробки выводов.

Обмотку статора можно соединить звездой (Y) или треугольником (∆). Это дает возможность применять один и тот же двигатель при двух различных линейных напряжениях, находящихся в отношении √3, например, 127/220 В или 220/380 В. При этом соединению Y соответствует включение АД на высшее напряжение.

Сердечник ротора в собранном виде напрессовывается на вал 15 горячей посадкой и предохраняется от проворачивания при помощи шпонки. На внешней поверхности сердечник ротора имеет пазы для укладки обмотки 13. Обмотка ротора в наиболее распространенных АД представляет собой ряд медных или алюминиевых стержней, расположенных в пазах и замкнутых по торцам кольцами. В двигателях мощностью до 100 кВт и более обмотка ротора выполняется заливкой пазов расплавленным алюминием под давлением. Одновременно с обмоткой отливаются и замыкающие кольца вместе с вентиляционными крылатками 9. По форме такая обмотка напоминает «беличью клетку».

Для специальных двигателей обмотка ротора может выполняться подобно статорной. Ротор с такой обмоткой помимо указанных частей имеет три укрепленных на валу контактных кольца, предназначенных для соединения обмотки с внешней цепью. АД в этом случае называется двигателем с фазным ротором или с контактными кольцами.

Вал ротора 15 объединяет все элементы ротора и служит для соединения АД с исполнительным механизмом.

Воздушный зазор между ротором и статором составляет от 0,4 — 0,6 мм для машин малой мощности и до 1,5 мм у машин большой мощности. Подшипниковые щиты 4 и 16 двигателя служат опорой для подшипников ротора. Охлаждение двигателя осуществляется по принципу самообдува вентилятором 5. Подшипники 2 и 3 закрыты снаружи крышками 1, имеющими лабиринтовые уплотнения. На корпусе статора устанавливается коробка 21 с выводами 20 обмотки статора. На корпусе укрепляется табличка 17, на которой указываются основные данные АД. На рисунке обозначено также: 6посадочное гнездо щита; 7 – кожух; 8 – корпус; 18 – лапа; 19 – вентиляционный канал.





radionet