ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

Глава   десятая
АСИНХРОННЫЕ  МАШИНЫ

10.8. МАГНИТОДВИЖУЩИЕ СИЛЫ  ОБМОТОК СТАТОРА И  РОТОРА. ТОК ОБМОТКИ  СТАТОРА

Ток обмотки ротора создает магнитное поле, расположенное в том же магнитопроводе, что и магнитное поле, созданное током обмотки статора. Поэтому результирующий магнитный поток  двигателя   будет   определяться   МДС   обеих   обмоток:

---

* Предполагается двигатель с фазным ротором.

---

Может показаться, что, поскольку ротор вращается, магнитные поля ротора и статора и создающие их МДС вращаются с разными частотами и выражение (10.32) несправедливо. В действительности магнитные поля ротора и статора вращаются в пространстве с одинаковой частотой n0 и, следовательно, неподвижны относительно друг друга. Это легко доказать. Частота вращения поля ротора n0р в пространстве складывается из частоты вращения ротора и частоты вращения поля ротора относительно ротора:

n0р = n + 60f2/p.

Выразив n через n0 и s, а f2 — через f1s, получим

n0р = n0 - n0s + 60f1s/p = n0 - n0s + n0s = n0.

Геометрическая сумма МДС для удобства дальнейшего анализа выражается через произведение I0w1, в котором I0— ток фазы обмотки статора при холостом ходе двигателя. Когда двигатель работает вхолостую, ротор вращается с частотой магнитного поля и ток обмотки ротора равен нулю. Предполагается идеальный холостой ход, а он имеет место, когда потери мощности на трение в подшипниках и ротора о воздух равны нулю. При реальном холостом ходе n ≈ n0, I2 ≈ 0.

Ток холостого хода, как и в трансформаторе, имеет две составляющие: Ip — намагничивающий ток и Iа — ток, обусловленный потерями в сердечнике статора двигателя:

I0 = √Ip2 + Iа2.

Магнитопровод асинхронного двигателя имеет воздушный зазор между ротором и статором, ширина которого должна быть такой, чтобы ротор при вращении не задевал сердечник статора. Воздушный зазор составляет: для машин малой мощности 0,2 — 0,5 мм, средней мощности 0,5 — 1 мм и большой мощности 1 — 3 мм. В трансформаторе же зазор в магнитопроводе намного меньше и обусловлен только неточностью сборки и обработки. По этой причине намагничивающий ток асинхронного двигателя значительно больше, чем у трансформатора, и составляет 25 — 50% номинального тока двигателя:

Ip = (0,25 - 0,5)Iном .

Ток Iа намного меньше Ip , поэтому часто считают, что

I0 ≈ Ip.

Разделив почленно выражение (10.32) на 3w1/2, получим

Ī1 + Ī2 w2/w1 = Ī0.

Отсюда

где I'2 = - I2w2/w1 — ток фазы обмотки ротора, приведенный к обмотке статора.

Таким образом, ток фазы обмотки статора складывается из тока холостого хода и приведенного тока обмотки ротора. Результирующий магнитный поток двигателя обусловлен взаимным действием МДС обмоток статора и ротора, причем, как и в трансформаторе, МДС обмотки ротора является размагничивающей относительно МДС обмотки статора.

С изменением нагрузки изменяется ток ротора и создается впечатление, что должны измениться результирующая МДС и создаваемый ею магнитный поток. Однако в действительности результирующая МДС I0w1 и магнитный поток почти не зависят от нагрузки. С изменением тока ротора в той же степени изменяется и ток статора, а результирующая МДС почти не изменяется. Относительно малая зависимость магнитного потока и, следовательно, создающей его МДС (I0w1) от тока ротора (нагрузки на валу двигателя) вытекает из (10.19). Действительно, если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то ЭДС Е1 будет равна напряжению сети.

U1 = Е1 ~ Ф

Если напряжение сети не зависит от нагрузки, то и магнитный поток также не будет зависеть от нагрузки.

Однако следует отметить, что в период пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором ток в цепи статора превышает номинальный в 5 — 7 раз. Вследствие этого падение напряжения в обмотке статора становится существенным: Е < U, и магнитный поток двигателя оказывается значительно меньше номинального.