Принцип работы асинхронного двигателя

В промышленности наиболее распространенным типом двигателя переменного тока является трехфазный асинхронный двигатель. В нем имеется неподвижная часть — статор, в пазах которого помещены три катушки, создающие круговое вращающееся магнитное поле, и подвижная часть — ротор, в пазах которого находятся три замкнутые на себя или на внешнее сопротивление катушки. На рис. 6.25 катушки даны в разрезе, их торцовые части не показаны; каждая из катушек занимает лишь небольшую часть окружности статора (или ротора). В действительности каждая из катушек (прямые и обратные провода ее) занимает около 1/3 окружности расточки статора (или окружности ротора). Вал ротора двигателя соединен с валом рабочей машины.

Допустим, что сначала ротор неподвижен. При этом вращающееся магнитное поле, созданное обмотками статора, пересекает провода катушек неподвижного ротора с угловой частотой w и наводит в них ЭДС. В свою очередь, ЭДС вызовут токи в катушках ротора. По закону Ленца эти токи стремятся своим магнитным полем ослабить вызвавшее их магнитное поле.

Механическое взаимодействие токов ротора с вращающимся магнитным полем приведет к тому, что ротор начнет вращаться в ту же сторону, в какую вращается магнитное поле (в этом можно убедиться, применив правило левой руки).

В установившемся режиме частота вращения ротора w_p составляет (0,98 -г- 0,95)ш. Двигатель называют асинхронным потому, что его ротор вращается не синхронно с вращающимся полем; о)_р не может равняться угловой частоте вращающегося поля. Это станет понятно, если учесть, что при о)_р = со вращающееся поле не пересекало бы провода катушек ротора, в них отсутствовал бы ток и ротор не испытывал бы вращающегося момента.

В курсе ТОЭ ограничимся качественным рассмотрением основных положений, характеризующих принцип работы асинхронного двигателя. Подробнее эти вопросы изучают в курсе электрических машин.

Разложение несимметричной системы на системы прямой, обратной и нулевой последовательностей фаз

Любую несимметричную систему трех токов, напряжений, потоков одинаковой частоты (обозначим их А, В, С) можно однозначно представить в виде трех систем: нулевой, прямой и обратной последовательностей фаз.

Система прямой последовательности (рис. 6.26, а) состоит из трех векторов — А_ь В_ь С_ь равных по модулю и повернутых относительно друг друга на 120°, причем вектор ^ отстает от вектора А_г на 120°. Используя оператор а трехфазной системы (см. параграф 6.10), можно записать:

Система обратной последовательности (рис. 6.26, б) состоит из векторов Л₂, В₂, С₂, равных по модулю и повернутых относительно друг друга на 120°, причем вектор В₂ опережает вектор Л₂ на 120°:

Система нулевой последовательности (рис. 6.26, в) образована тремя векторами, совпадающими по фазе:

Выразим три заданных вектора А, В, С через векторы симметричных систем следующим образом:

Рис. 6.26.

Перепишем (6.18) с учетом (6.15) и (6.16):

Из системы уравнений (6.19)—(6,21) найдем Aq, А_ь А₂ через заданные векторы А, В, С. Для определения Aq сложим уравнения (6.19) — (6.21) и учтем, что 1 + а + а²=0.В результате получим.

Таким образом, для нахождения Aq следует геометрически сложить три заданных вектора и взять 1/3 от полученной суммы.

Для нахождения А_г к уравнению (6.19) прибавим уравнение (6.20), умноженное на а, и уравнение (6.21), умноженное на а²:

Следовательно, 1/3 суммы, состоящей из вектора, А плюс вектор В (повернутый против часовой стрелки на 120°) и плюс вектор С (повернутый по часовой стрелке на 120°), дает вектор А_ь

Для вычисления А₂ к уравнению (6.19) прибавим уравнение (6.20), предварительно умноженное на а², и уравнение (6.21), умноженное на а: