2. Обмотки. При трехфазном токе обмотка выполняется на каждом двойном полюсном делении из трех систем катушек, оси к-рых сдвинуты относительно друг друга на 120 электрич. градусов (7з двойного полюсного

= г1; Г ;

Фиг. 2.

расстояния). Статорная обмотка соответствует обмотке якоря синхронной машины. Наиболее распространенной является катушечная обмотка с двухэтажным распределением головок, схематически изображенная на фиг. 2. Обмотка / фазы выделена жирными линиями, а II и III-изображена различными пунктирами. Начала и концы фаз отмечены соответствующими индексами (н и к). Все три фазы соединены на схеме в звезду. В последнее время под влиянием аме-]риканской практики начали распространяться разрезанные обмотки постоянного тока с укороченным шагом ок. 0,8 полюсного деления т. Схема такой обмотки с сокращением шага до 0,78 т представлена на фиг. 3. Эти

Фиг. 3.

обмотки дают магнитодвижущую силу (мдс), весьма приближающуюся к синусоиде, т. к. благодаря сокращению шага до 0,8 т исчезает 5-я гармоническая поля. Кроме того, эти обмотки по сравнению с катушечными дают лучшие условия в отношении нагрева. Роторные обмотки выполняются или в виде фазовых, выведенных на контактные кольца, или в виде короткозамкнутых, Наибо.пее распространенными типами фазовых обмоток являются: катушечная обмотка (фиг. 2), применяемая обычно в мелких машинах, и обегающая волновая обмотка, разрезанная на три части для образования трехфазной системы (фиг. 4). Удобство этой обмотки по сравнению с разрезанной обмоткой постоянного тока (фиг. 3), заключается в меньшем количестве соединительных проводов между разрезанными участками. Коротко-замкнутые обмотки выполняются также и в виде беличьей клетки (фиг. 5). Она состоит из массивных стержней а, вкладьтаемых

в пазы ротора без изоляции. Торцевые части стержней припаивают или приваривают к медным кольцам bj и bg.

3. Вращающееся магнитное поле. Если к системе из трех катушек, оси к-рых сдвинуты в пространстве на 120 электрич. градусов, подвести токи, сдвинутые во времени на 120° (трехфазный ток), то они образуют результирующую мдс, ось которой в течение изменения тока на один период будет перемещаться по окружности статора и ротора на двойное полюсное деление, образуя вращающееся магнитное поле. На фиг. 6,а, согласно помещенной внизу рисунка диаграмме мгновенного распределения токов, ток в фазе Г-1 равен максимальному положительному значению, а в фазах 1Г-1Г й Iirill -половине максимального значения с обратным знаком, благодаря чему ось магнитного потока Ф совпадает с осью катушек фазы Г-Г\ На фиг. 6,6 взят момент

через 30° III-Ш

во времени равен нулю

когда а в

в фазе Г-Г и

1Г-П равен ± своего максимального

значения, благодаря чему ось потока Ф сдвинулась по часовой стрелке на 30° в пространстве и совпадает с плоскостью катушек фазы III-III . На фиг. 6,в взят следующий момент, еще через 30° во времени, когда ток в фазе II-II равен максимальному отрицательному значению, а

в фазах Г-1 и ИГ-ПГ-половине этого максимального значения, но с положительным знаком, благодаря чему ось потока Ф,

Фиг. 5.

Фиг. 6.

сдвинувшись на следующие 30° в пространстве, совпадает с осью катушек фазы II-II . Таким образом, каждому сдвигу тока во времени соответствует сдвиг оси магнитного потока на тот же угол в пространстве, благодаря чему и получается

вращающееся магнитное поле. Если обмотки питаются трехфазным током, то форма распределения мдс вдоль воздушного зазора не будет чисто синусоидальной, но будет иметь, кроме основной, еще и высшие гармоники поля, к-рые будут перемещаться со скоростью, соответствующей частоте и знаку данной гармоники (см. Генератор переменного тош). Скорость, с которой вращается основная синусоида мдс и поля, носит название синхронной. Если обозначить число пар полюсов машины через р, число периодов первичной цепи через Д, то синхронная скорость (в об/м.)

*о.=-- (1)

4. Асинхронный двигатель, а) Принцип действия. Электрич.энергия, подводимая к первичной цепи многофазного асинхронного двигателя, превращается в магнитную, которая путем соответствующего размещения обмоток распределяется синусоидально вдоль воздушного зазора. Образующееся вращающееся магнитное поле пересекает вторичную обмотку и индуктирует в ней эдс, величина и число периодов которой пропорциональны относительной скорости ротора и поля. При замкнутой обмотке и неподвижном роторе эта эдс вызывает во вторичной цепи токи, к-рые, вступая во взаимодействие с полем, создают механич. усилия, направленные в сторону вращения поля. Так как статор неподвижно закреплен, то ротор начинает вращаться в направлении поля. Если первичная цепь находится на роторе, то он начинает вращаться против поля. Если при первичной системе на статоре довести ротор до синхронной скорости, то его проводники не будут пересекаться вращающимся полем, вследствие чего в них исчезнут эдс и ток, а следовательно, исчезнет и вращающий момент, увлекающий ротор в направлении вращения поля. Однако,трение и механич. потери, существующие и при отсутствии нагрузки, вызовут отставание ротора от магнитного потока, и в обмотке ротора появятся токи, к-рые создадут вращающий момент, необходимый для покрытия этих потерь. Т. о., ротор двигателя имеет стремление догнать поле, но не может достигнуть синхронизма, почему такой двигатель и носит название асинхронного. Отставание скорости ротора от скорости магнитного по.чя носит название скольжения. Если магнитное поле вращается со скоростью с. об/м., а ротор--со скоростью Пр, об/м., то скольжение можно представить ф-лой:

Вращающий момент и скольжение находятся в тесной зависимости между собой. При холостом ходе двигателя, когда вращающий момент нужен только для покрытия . потерь на трение в подшипниках и о воздух, ротор вращается со скоростью, ничтожно отличающейся от синхронной. При нагрузке двигателя вращение ротора замедляется, и скольжение возрастает. Так как в этом случае обмотка ротора перерезает большее число магнитных линий, то эдс и ток в ней возрастают, благодаря чему увеличивается

и вращающий момент. В небольших двигателях скольжеггае при полной нагрузке достигает 5%, в средних и больших всего 1- 1,5%. Так как у асинхронного двигателя изменение скорости при переходе от холостого хода к полной нагрузке весьма невелико, то в этом отношении он имеет полное сходство с шунтовым двигателем постоянного тока в случае его работы при постоянном напряжении на зажимах и постоянном возбуждении.

Если при неподвияшом двигателе вращающееся магнитное поле индуктирует во вторичной системе эдс йг, то при скольжении S эта эдс будет равна

28 Пс. 2 - 2- (3)

Соответственно, частота вторичной цепи выразится уравнением:

h = s-h. (4)

Разница скоростей поля и ротора

W2 = We-w. = , (5)

а потому скорость ротора

р. = гс.-П2 = п,. (1-S). (6)

б) Асинхронный двигатель как трансформатор. Асинхронный двигатель при неподвижном роторе представляет короткозамкнутый трансформатор с вращающимся полем. При вращении ротора со скоростью Пр. об/м. поле вращается относительно ротора со скоростьюПгоб/м., а относительно статора-со скоростью п . +2= п. об/м., т. е. с той же скоростью, с какой относительно статора вращается и основное поле. Т. о., при любых скоростях двигателя поле ротора и вращающееся поле имеют относительно неподвижного статора одну и ту же скорость. Это обстоятельство дает возможность привести вращающийся двигате.пь к статическому трансформатору, который по своему воздействию на первичную систему будет эквивалентен этому асинхронному двигателю. При неподвижном роторе вторичный ток двигателя

2- / - / (7)

1/RI +(2л f,L,)* у Rl + xl

где J?2 и Жг-активное и реактивное сопротивления, а Lg-коэфф. самоиндукции (рассеяния) вторичной цепи. При вращении ротора со скольжением s

Выражения (7) и (8) отличаются только членом активного сопротивления. Этот член при вращении двигателя м. б. представлен в следующем виде:

т. е. при вращении асинхронный двигатель будет эквивалентен статич. трансформатору, у к-рого вторичное активное сопротивление

увеличивается добавлением члена - Щ,

а реактивное сопротивление Xz=2nfiLi

остается неизменным при всех скоростях. При неподвижн. двигателе скольжение s = 1,

поэтому -у = R2, т. е. выражения (7) и (8) являются идентичными.jnph s= О,

благодаря чему вторичный ток равен О, и двигатель не развивает никакой мощное-

ти. При s = ± оо, =0, поэтому вторичный

ток становится реактивным и двигатель также не развивает вращающего момента.

Эквивалентная схема асинхронного двигателя, приведенная к статич. трансформатору, представлена на фиг. 7. Здесь и Хг представляют активноеиреактив-ное сопротивления первичной цепи, Rq фщ, 7 и ж о-сопротивле-

ния намагничиваю-щего контура. Точно так же Ба, х и представляют сопротивления и ток вторичной цепи, приведенные к первичной цепи:

2 m,VwjftJ

(10) (10a)

(11)

Фиг. 8.

Здесь Шх и wij-числа фаз первичной и вторичной цепи, Wi и -числа витков этих цепей и fei и feg-их коэффициенты обмоток. Выражение . R представляет собою

вышеупомянутый добавочный член, дающий возможность привести вращающийся двигатель к статическому трансформатору.

При работе асинхронного двигателя его статорная и роторная обмотки обтекаются токами. К статору ток подводится из внещней цепи, в potope же он индуктируется вращающимся магнитным полем. Обе мдс распределяются . синусоидально вдоль воздущного зазора и двигаются вдоль него с одной и той же скоростью, сохраняя неизменное расположение одна относительно другой. Обе синусоиды и Fg (фиг. 8) почти противоположны, но несколько сдвинуты одна относительно другой, при чем мдс статора F-i несколько выще, чем мдс ротора Fg. Равнодействующая этих двух синусоид F дает ту намагничивающую мдс, к-рая создает магнитный поток взаимоиндукции статора и ротора, проходящий через воздушный зазор. Равнодействующая мдс также синусоидальна и перемещается вдоль воздушного зазора с той же скоростью. Расположение мдс F-,

Фиг. 9.

Fg и F представлено в полу картинном изображении на фиг. 9, где векторы токов и Jg, индукции Б и индуктированной эдс в статоре направлены к положительным максимумам этих величин соответственно выбранному моменту времени. Изменение этих величин во времени по отношению к нек-рой выбранной точке или проводнику статора является синусоидальным и происходит -с частотой статора /1; одновременно это изменение является синусоидальным и по отношению к любой выбранной точке ротора, но по отношению к ротору это изменение происходит уже с частотой вторичной системы /2 = 5/1. Только с этой точки зрения возможно представлять первичные и вторичные переменные величины, имеющие различи, частоты, одной и той же

Фиг. 10.

векторной диаграммой. Поэтому векторы фиг. 9 м. б. использованы для изображения не только пространственных фаз, но такяее и временных фаз нескольких переменных, когда они рассматриваются или со стороны неподвижной или со стороны вращающейся части машины. Очевидно, что в действительности нет определенной разности фаз между токами в определенном проводе первичной системы и в каком-либо другом определенном проводнике вторичной системы, имеющей другую частоту.

Подобно трансформатору асинхронный двигатель имеет следующие потоки (фиг. 10): поток взаимоиндукции Ф, проходящий через воздушный зазор и сцепляющийся одновременно с первичной и вторичной цепью; поток Фх, сцепляющийся полностью только с первичной цепью, и поток Фа, сцепляющийся со вторичной цепью. Поток Ф1 составляется из геометрической суммы потока Фи потока рассеяния первичной цепи с = = Фз т. е. Ф1= ф-)--Ь Ф, Точно так же поток рассеяния вторичной цепи аЬ =hf= = и Ф2= Ф+Фs. Поток рассеяния Фg совпадает по напра- Фиг. и.

влению с током Д и

первичной мдс F, точно так же поток Фg совпадает по направлению с током Jg и мдс Fg. Если пренебрегать активным падением напряжения в первичной цепи Ii-Ri, то поток Фх индуктирует в первичной цепи электродвижущую силу El, которая уравновешивает прилож:енное напряжение Vi, поэтому при Fi = Const и Фх Const.