Активная и реактивная составляющие тока в асинхронном двигателе

Рис.11.1 Механическая (зависимость от M) и электромеханическая (зависимость от I) характеристики асинхронного двигателя

Уменьшение момента после достижения критического скольжения (Рис.11.1 точка В, соответствует максимальному, критическому моменту при критическом скольжении) объясняется тем, что в создании момента асинхронного двигателя участвует только активная составляющая тока. Активная составляющая тока при уменьшении скорости уменьшается и доходит до минимального значения при остановке ротора.

А реактивная составляющая тока ротора при неподвижном роторе имеет максимальное значение, за счёт того, что индуктивное сопротивление ротора имеет максимальное значение

при , , то есть, когда ротор неподвижен (зачение частоты тока ротора равно частоте тока статора : ).

В однородном магнитном поле на проводник с током действует электромагнитная сила

.

Эта формула справедлива, когда магнитное поле и проводник длиной с током движутся в пространстве с одинаковой скоростью и взаимно неподвижны.

Рассмотрим появление активной и реактивной составляющей тока в асинхронном двигателе [гер 343].

Если прямолинейный проводник с синусоидальным током

находится в пульсирующем с той же частотой магнитном поле статора с индукцией

и углом сдвига фаз вектора магнитной индукции и вектора тока равным углу ^, тогда электромагнитная сила , действующая на проводник с током длиной , находящемся в магнитном поле с индукцией периодически изменяется с двойной частотой :

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы :

Постоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы зависит от временного сдвига по фазе (от угол ) синусоидальных тока и магнитной индукции , а также зависит от действующих значений и .

У электрических переменного тока машин, имеющих большую массу ротора на частоте тока 50 Гц за один полупериод изменения силы приращение импульса ротора имеет очень малое значение по сравнению с импульсом при установившейся номинальной скорости. Поэтому при рассмотрении установившихся режимов работы электропривода составляющей можно пренебречь и учитывать только постоянную составляющую силы прямопропорциональную .

В случае асинхронного двигателя, в обмотке ротора вращающееся магнитное поле статора наводит электродвижущюю силу Э.Д.С. и под действием Э.Д.С. по проводникам ротора протекает синусоидальный ток.

Мгновенное значение Э.Д.С. обмотки ротора асинхронного двигателя пропорционально магнитной индукции, длине проводника и скорости относительного перемещения проводника и магнитного поля .

В электрических машинах переменного тока Э.Д.С. обмотки ротора совпадает по фазе с магнитной индукцией поля статора. Поэтому угол сдвига фаз между Э.Д.С. и током обмотки ротора равен углу , углу сдвига фаз магнитной индукции и тока.

Следовательно, в формуле произведение определяет значение проекции вектора на вектор , другими словами является активной составляющей тока ротора.

Из вышеизложенного следует, чтопостоянная (средняя) составляющая электромагнитной силы , действующая на проводник с синусоидальным током, находящимся в пульсирующем с той же частотой магнитном поле статора асинхронного двигателя, пропорциональна активной составляющей тока ротора =

= .

Момент асинхронного двигателя, как и любой электрической машины, пропорционален магнитному потоку Ф и активной составляющей тока. Активная составляющая тока ротора пропорциональна косинусу угла , углу между вектором Э.Д.С. ротора и вектором тока ротора [чил 80].

где: конструктивнаяпостоянная асинхронного двигателя;

угол сдвига фаз между Э.Д.С. () и током обмотки ротора.

Непропорциональность между моментом асинхронного двигателя и током при пуске (пусковой момент меньше максимального момента несмотря на то, что пусковой токе достигает максимального значения рис.11.1) объясняется значительным снижением магнитного потока двигателя, а также уменьшением коэффициента мощности цепи ротора при пуске, за счёт максимального значения индуктивного сопротивления ротора[чил 80].

При изменении нагрузки на валу двигателя [гер392] от нуля до номинальной значения скольжения постепенно увеличиваются до значения . При этом сохраняется неравенство

<< и = ,

т.е. активная составляющая тока ротора пропорциональна скольжению при значениях скольжения меньших 0.05 (при ) [гер393].

При увеличении нагрузки скольжение так же возрастает и растёт ЭДС ротора = , а также растёт ток ротора в соответствии с , асимптотически стремясь к некоторому предельному значению. А с ростом уменьшается (причём на рабочем участке механической характеристики уменьшается очень мало, рис.11.1 участок DB), асимптотически стремясь к нулю при скольжении, стремящемся к бесконечности .

Магнитный поток двигателя также уменьшается при возрастании тока из-за падения напряжения на сопротивлениях обмотки статора [чил81]. Все эти процессы и обуславливают отсутствие пропорциональности между током и моментом двигателя.

А реактивная составляющая тока ротора

с двойной частотой и ротор, имея большую инерцию не успевает проворачиваться два раза при частоте 50Гц. Двойная частота 100Гц. Если бы ротор был тонким проводником он бы успевал проворачиваться [гер344]. Поэтому при анализе установившихся режимов нужно учитывать только постоянную (средную) составляющую электромагнитной силы .