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:

(10, 32)

* 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 n ₀ и, следовательно, неподвижны относительно друг друга. Это легко доказать. Частота вращения поля ротора n _0р в пространстве складывается из частоты вращения ротора и частоты вращения поля ротора относительно ротора:

n _0р = n + 60 f ₂/ p.

Выразив n через n ₀ и s, а f ₂ — через f _{1 s} , получим

n _0р = n ₀ - n _{0 s} + 60 f ₁ s / p = n ₀ - n _{0 s} + n _{0 s} = n ₀.

Геометрическая сумма МДС для удобства дальнейшего анализа выражается через произведение I ₀ w ₁, в котором I ₀— 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 ≈ n ₀, I ₂ ≈ 0.

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

I ₀ = √ I _p² + I _а².

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:

I _p = (0, 25 - 0, 5) I _ном .

Ток I _а намного меньше I _p, поэтому часто считают, что

I ₀ ≈ I _p.

Разделив почленно выражение (10.32) на 3 w ₁/2, получим

Ī ₁ + Ī ₂ w ₂/ w ₁ = Ī ₀.

Отсюда

Ī ₁ = Ī ₀ + Ī ' ₂, (10.33)

где I' ₂ = - I ₂ w ₂/ w ₁ — 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 I ₀ w ₁ 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 (I ₀ w ₁) от тока ротора (нагрузки на валу двигателя) вытекает из (10.19). Действительно, если пренебречь падением напряжения в обмотке статора, то ЭДС Е ₁ будет равна напряжению сети.

U ₁ = Е ₁ ~ 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.