Электромеханические и механические характеристики асинхронных двигателей

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Асинхронный двигатель (АД) — это универсальный преобразователь энергии, в котором происходит преобразование напряжения статора Uy в напряжение ротора U₂, частоты питания /у в частоту тока ротора./2, электрической мощности Ру, потребляемой из сети, в механическую мощность Р₂, развиваемую двигателем. Обмотка статора в зависимости от номинального напряжения, на которое выполнен двигатель, и напряжения сети может быть соединена в «звезду» или «треугольник», обмотка ротора, как правило, в «звезду». Наличие фазной обмотки на роторе позволяет для регулирования машины включать в роторную цепь различные регулировочные приборы: реостаты, дроссели, коммутирующие аппараты и т. п. АД с фазным ротором из-за наличия щеточного контакта требуют более внимательного ухода, систематического контроля степени износа и усилия нажатия щеток, периодической очистки полости машины от токопроводящей пыли (продувка сжатым воздухом). Такие двигатели широко используют в различных подъемных устройствах (краны, кран-балки, тельферы и т. п.), в других регулируемых приводах. Асинхронные машины выгодно отличаются от двигателей постоянного тока низкой стоимостью, простотой обслуживания, высокой надежностью. К недостаткам этих машин можно отнести сложность их регулирования и резкое снижение коэффициента мощности при недогрузке. Большинство асинхронных двигателей выполняют трехфазными, поэтому при дальнейшем изложении электромеханические свойства будут рассматриваться именно этих двигателей. Так как обмотка статора подключена к питающей сети, то для удобства рассмотрения протекающих процессов и упрощения уравнений обмотку ротора приводят к обмотке статора. Смысл приведения состоит в условной замене действительной роторной обмотки фиктивной, имеющей число фаз и витков, а также обмоточный коэффициент такие же, как и у статорной обмотки.

Эквивалентные схемы замещения. Математическое описание физических процессов в асинхронном двигателе в установившихся процессах выполняют на основе эквивалентных схем замещения. Это делают для одной фазы (ввиду симметричности обмоток) при соединении обмоток статора и ротора в «звезду». При этом приводят параметры обмотки ротора к параметрам обмотки статора (процесс приведения будет изложен далее) и получают так называемую Т-образную схему замещения, которую, как правило, используют при частотном регулировании угловой скорости АД (см. подразд. 2.6) в области частот ниже номинальной (для отечественных двигателей 50Гц). Недостаток указанной схемы — зависимость токов статора, ротора и контура намагничивания от скольжения ротора.

Для машин мощностью от единиц киловатт и выше сопротивление намагничивающего контура как минимум на порядок превосходит сопротивления обмоток статора и ротора, что позволяет при номинальной частоте сети использовать схему замещения с вынесенным контуром на зажимы сети питания (Т-образная схема замещения). Эта схема удобнее при изучении установившихся процессов в асинхронном двигателе. Необходимо иметь в виду, что обе схемы замещения справедливы при ряде допущений: активные сопротивления обмоток статора и ротора остаются постоянными (не учитывают влияние температуры и вытеснение тока в роторе), проводимость намагничивающего контура и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора остаются неизменными (не учитывают насыщение магнитной системы), пренебрегают добавочными потерями в машине, обусловленными потерями на трение и в стали.

Эффект вытеснения тока в обмотке ротора особенно отчетливо проявляется при пуске АД. Исследованиями [4, 12] установлено, что при учете этого эффекта длительность переходного проРис. 2.24. Г-образная схема замещения одной фазы асинхронного двигателя.

цесса уменьшается в 1,5…2 раза по сравнению с отсутствием такого учета.

Влияние насыщения проявляется при больших токах и может быть учтено по методике, изложенной в работе [9].