Намагничивающие силы и токи асинхронного электродвигателя
Основной магнитный поток Ф в асинхронном двигателе создается совместным действием намагничивающих сил обмоток статора F1 и ротора F2
Ф = (F1+F2) / Rм = F0 / Rм,
где Rм - магнитное сопротивление магнитной системы двигателя потоку Ф;
F0 = F1 + F2 - результирующая намагничивающая сила (н.с.) асинхронного двигателя, численно равная н.с. обмотки статора в режиме холостого хода.
Величина этой н.с. определяется выражением
F0 = 0,45 m1 (I0ω 1 / p ) K1,
где I0 - ток холостого тока, т.е. ток в обмотке статора в режиме холостого хода.
Намагничивающие силы обмоток статора и ротора в режиме нагруженного двигателя
F1 = 0,45 m1 (I1ω 1 / p ) K1,
F2 = 0,45 m2 (I2ω 2 / p ) K2,
где m1 - число фаз в обмотке ротора;
K2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора.
При изменениях нагрузки на валу двигателя меняются токи I1 и I2 в обмотках, что вызывает соответствующие изменения намагничивающих сил обмоток статора и ротора. Но основной магнитный поток Ф при этом сохраняется неизменным. Дело в том, что напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U1 = const) и почти полностью уравновешивается электродвижущей силой (э.д.с.) Е1 обмотки статора
Ử1 ≈ - Ẻ1.
Но, поскольку э.д.с. Е1 пропорциональна основному потоку Ф, то последний при изменениях нагрузки остается неизменным. Этим и объясняется то, что, несмотря на изменения н. с. F1 и F2, результирующая н. с. F0 остается неизменной,
F0 = F1+F2 = const.
Подставив вместо F0, F1 и F2 их значения (см. формулы выше), получим
0,45 m1 (I0ω 1/p) K1 = 0,45 m1 (I1ω 1/p) K1+ 0,45 m2 (I2ω 2/p) K2.
Разделив это равенство на m1(ω1/p) K1, получим уравнение токов асинхронного двигателя
İ0 = İ1 [(m2ω 2K2)/(m1ω 1K1)] İ2 = İ1 İ’2).
Величина İ’2 = [(m2ω2K2)/(m1ω1K1)] İ2 представляет собой ток ротора, приведенный к обмотке статора.
Преобразовав уравнение токов, получим выражение тока статора
İ1 = İ0 (-İ’2),
из которого следует, что ток статора асинхронного двигателя имеет две составляющие: намагничивающую и составляющую, которая компенсирует размагничивающее действие тока статора.
Следовательно, ток ротора I’2 оказывает на магнитную силу двигателя такое же размагничивающее влияние, как и ток вторичной обмотки трансформатора. Этим объясняется то, что любое изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением тока в обмотке статора I1. Дело в том, что изменение нагрузки на валу двигателя вызывает изменение скольжения s. Это, в свою очередь, влияет на э.д.с. обмотки ротора, следовательно, и на величину тока ротора I2. Но так как ток I2 оказывает размагничивающие влияние на магнитную цепь двигателя, то его изменения вызывают соответствующие изменения тока в цепи статора I1 за счет составляющей –I’2. Так, например, в режиме холостого хода, когда нагрузка на валу двигателя отсутствует и s ≈ 0, ток I’2 ≈ 0.
В этом случае ток в обмотке статора İ1 ≈ İ0. Если же ротор затормозить, не отключая обмотки статора от сети (режим короткого замыкания), то скольжение s = 1 и э.д.с. обмотки ротора Е2s достигает своего наибольшего значения Е2. Также наибольшего значения достигает ток I’2, а следовательно, и ток в обмотке статора I1.
Основной магнитный поток Ф в асинхронном двигателе создается совместным действием намагничивающих сил обмоток статора F1 и ротора F2
Ф = (F1+F2) / Rм = F0 / Rм,
где Rм - магнитное сопротивление магнитной системы двигателя потоку Ф;
F0 = F1 + F2 - результирующая намагничивающая сила (н.с.) асинхронного двигателя, численно равная н.с. обмотки статора в режиме холостого хода.
Величина этой н.с. определяется выражением
F0 = 0,45 m1 (I0ω 1 / p ) K1,
где I0 - ток холостого тока, т.е. ток в обмотке статора в режиме холостого хода.
Намагничивающие силы обмоток статора и ротора в режиме нагруженного двигателя
F1 = 0,45 m1 (I1ω 1 / p ) K1,
F2 = 0,45 m2 (I2ω 2 / p ) K2,
где m1 - число фаз в обмотке ротора;
K2 - обмоточный коэффициент обмотки ротора.
При изменениях нагрузки на валу двигателя меняются токи I1 и I2 в обмотках, что вызывает соответствующие изменения намагничивающих сил обмоток статора и ротора. Но основной магнитный поток Ф при этом сохраняется неизменным. Дело в том, что напряжение, подведенное к обмотке статора, неизменно (U1 = const) и почти полностью уравновешивается электродвижущей силой (э.д.с.) Е1 обмотки статора
Ử1 ≈ - Ẻ1.
Но, поскольку э.д.с. Е1 пропорциональна основному потоку Ф, то последний при изменениях нагрузки остается неизменным. Этим и объясняется то, что, несмотря на изменения н. с. F1 и F2, результирующая н. с. F0 остается неизменной,
F0 = F1+F2 = const.
Подставив вместо F0, F1 и F2 их значения (см. формулы выше), получим
0,45 m1 (I0ω 1/p) K1 = 0,45 m1 (I1ω 1/p) K1+ 0,45 m2 (I2ω 2/p) K2.
Разделив это равенство на m1(ω1/p) K1, получим уравнение токов асинхронного двигателя
İ0 = İ1 [(m2ω 2K2)/(m1ω 1K1)] İ2 = İ1 İ’2).
Величина İ’2 = [(m2ω2K2)/(m1ω1K1)] İ2 представляет собой ток ротора, приведенный к обмотке статора.
Преобразовав уравнение токов, получим выражение тока статора
İ1 = İ0 (-İ’2),
из которого следует, что ток статора асинхронного двигателя имеет две составляющие: намагничивающую и составляющую, которая компенсирует размагничивающее действие тока статора.
Следовательно, ток ротора I’2 оказывает на магнитную силу двигателя такое же размагничивающее влияние, как и ток вторичной обмотки трансформатора. Этим объясняется то, что любое изменение нагрузки на валу двигателя сопровождается соответствующим изменением тока в обмотке статора I1. Дело в том, что изменение нагрузки на валу двигателя вызывает изменение скольжения s. Это, в свою очередь, влияет на э.д.с. обмотки ротора, следовательно, и на величину тока ротора I2. Но так как ток I2 оказывает размагничивающие влияние на магнитную цепь двигателя, то его изменения вызывают соответствующие изменения тока в цепи статора I1 за счет составляющей –I’2. Так, например, в режиме холостого хода, когда нагрузка на валу двигателя отсутствует и s ≈ 0, ток I’2 ≈ 0.
В этом случае ток в обмотке статора İ1 ≈ İ0. Если же ротор затормозить, не отключая обмотки статора от сети (режим короткого замыкания), то скольжение s = 1 и э.д.с. обмотки ротора Е2s достигает своего наибольшего значения Е2. Также наибольшего значения достигает ток I’2, а следовательно, и ток в обмотке статора I1.