Асинхронні машини

Асинхронні машини можуть працювати як в режимі генератора, так і в режимі двигуна, тобто є оборотними. Асинхронні генератори практично не використовуються, тому що мають дуже низькі експлуатаційні характеристики. Асинхронні двигуни, внаслідок простоти та надійності широко розповсюджені, особливо трифазні. Трифазний асинхронний двигун – електрична машина, яка перетворює електричну енергію трифазного струму в механічну, а частота обертання ротора відмінна від частоти обертання магнітного поля статора.

Різниця частот п1 обертання магнітного поля статора і ротора п2, віднесена до п1 називається ковзанням:

s = (n1 - n2) /n1.

Критичне ковзання – це ковзання, при якому асинхронна машина розвиває максимальний обертовий момент:

де sНОМ – ковзання при номінальному навантаженні;

ММАКС, МНОМ – максимальний і номінальний обертові моменти двигуна;

l = ММАКС/МНОМ – коефіцієнт, який визначає перевантажувальну здатність двигуна.

Частота обертання магнітного поля статора асинхронного двигуна:

n1 = 60f1 / p,

де f1 – частота струму мережі живлення;

р – кількість пар полюсів обмотки статора машини.

Частота обертання ротора:

n2= n1(1 - s) = 60f1 (1 - s) / p.

Частота f2 струму в провідниках ротора:

f2= f1s = spn1 /60.

Діюче значення ЕРС, яка наводиться в кожній фазі обмотки статора:

E1 = 4, 44f1w1ФМАКС K01,

де w1 – кількість витків однієї фази обмотки статора;

ФМАКС – амплітудне значення магнітного потоку;

К01 – обмотковий коефіцієнт статора.

Діюче значення ЕРС обмотки нерухомого ротора:

E2 = 4, 44f1w2ФМАКСK02,

де w2 – кількість витків однієї обмотки фази ротора;

К02 – обмотковий коефіцієнт ротора.

Діюче значення ЕРС обмотки рухомого ротора:

E2S = E2 s.

Відношення ЕРС Е1 обмоток статора до ЕРС Е2 обмоток нерухомого ротора називають коефіцієнтом трансформації асинхронного:

K = E1/E2 = K01w1/K02w2.

Активна потужність, яка споживається двигуном із мережі:

P1 = 3U1фI1ф cosφ = U1ЛI1Л cosj = Р2/h,

де U1ф, І1ф – фазні значення напруги і струму обмотки статора;

U1Л, І1Л – лінійні значення напруги і струму обмотки статора; cosj – коефіцієнт потужності двигуна;

Р2 – потужність на валу двигуна;

h – ККД двигуна.

реактивна потужність:

Q1 = 3U1фI1ф sinj U1ЛI1Л sinj.

електромагнітна потужність:

РЕМ = Р1 – DР1= U1ЛI1Л cosj = (P1 – P1Е – Р1М) = Mw1 = P2/s,

де DР1 – сумарні втрати потужності в статорі;

Р1Е= 3R1I1ф² – електричні втрати потужності в статорі;

Р1М – магнітні втрати статора;

М – обертовий момент на валу двигуна;

w1 – кутова синхронна частота обертового магнітного поля.

Корисна потужність на валу двигуна:

Р2= Р1 – å Р = Р1 – (Р1Е + Р1М + Р2Е + Р2М + РМЕХ) =

= Р1h = РЕМ (1– s) = Мw2 = М n2 / 9, 55,

де å Р = Р1Е + Р1М + Р2Е + Р2М + РМЕХ – сума втрат потужності асинхронного двигуна;

Р2Е, Р2М, РМЕХ – електричні, магнітні та механічні втрати в роторі;

w2 – кутова частота рухомого ротора;

М – обертовий момент на валу двигуна.

Обертовий момент на валу асинхронного двигуна:

М = 9, 55Р2 /n2 = 3E2I2cosψ 2 /w1 = смI2sФМАКС cosψ 2,

де сМ – постійна машини, яка залежать від конструктивних даних двигуна;

І2s – струм ротора;

cos ψ 2 – косинус кута зсуву фаз між ЕРС і струмом ротора.

Струм у нерухомому і в рухомому роторі визначають за формулами:

де R2, X2, Z2 – активний, реактивний і повний опори фази обмотки нерухомого ротора;

X2s, Z2s – реактивний і повний опори фази обмотки рухомого ротора.

Наближене значення активного опору однієї фази обмотки ротора:

R2 ≈ MНОМ (n1 - n2) / (9, 55m2I 22НОМ),

де МНОМ – номінальний момент;

m2 – кількість фаз обмоток ротора;

І2НОМ – номінальний струм ротора.

Кратність пускового струму:

КІ = ІП /ІНОМ,

де ІП – пусковий струм двигуна.

Кратність пускового моменту:

КМ = МП / МНОМ,

де М П – пусковий момент двигуна.

Перевантажувальна здатність двигуна:

l = ММАКС /МНОМ,

де ММАКС – максимальний обертовий момент двигуна.

Опір регулюючого реостату для асинхронного двигуна з фазним ротором:

RР = R2(s/sНОМ – 1).

ККД електричної машини:

h = Р2 / Р1 = (Р1 – å Р) / Р1 = Р2 / (Р2 + å Р).