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:
I 1 m w 1 + | I 2 m w 2 = | I 0 m w 1 = Σ Hl*. | |||
(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.