Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей

^ 4.13.1. Несимметрия в цепи статора

При эксплуатации асинхронных двигателей может возникнуть несимметрия питающих напряжений из-за несимметрии нагрузки сети по фазам или из-за аварийных ситуаций.

Рассмотрим влияние этой несимметрии на работу асинхронного двигателя, используя метод симметричных составляющих. Если пренебречь насыщением, то рабочие характери­стики двигателя при несимметричном напряжении можно получить методом наложения, считая, что на зажимах машины действуют независимо друг от друга напряжения прямой и обратной последовательностей (нулевая последовательность при симметричной обмотке ста­тора не оказывает влияния на работу двигателя):

Система напряжений прямой последовательности создает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, образующие поле Ф₁₁, вращающееся относительно ротора со скольжением s₁₌ (рис. 4.36) и создающее момент

(рис 4.36)
Система напряжений обратной последовательности соз­дает в обмотках статора и ротора токи обратной последова­тельности, образующие обратно вращающееся поле Ф₁₂, по отношению к которому ротор вращается со скольжением

Момент, создаваемый этим полем, будет действовать против направления вращения:

Здесь r''₂>r'₂ и x''_σ2<x'_σ1 из-за различного влияния вихревых токов при частотах

f₂₁=s₁f₁ и f₂₂=(2-s₁)f₁. Если степень несимметрии напряжения U₁ невелика (U₁₁>U₁₂), то результирующий момент М остается положительным (рис. 4.37), но при этом уменьшаются максимальный и пусковой моменты, следовательно, в рабочих режимах двигатель будет иметь повышенное скольжение, большие потери и низкий КПД.

(рис 4.37)

Необходимо также отметить, что наряду с постоянными момен­тами М₁ и M₂ в машине возник­нут также пульсирующие моменты, обусловленные взаимодействием обратных токов ротора с полем ста­тора прямой последовательности и прямых токов ротора с полем стато­ра обратной последовательности. Эти моменты пульсируют с частотой 2f₁ и создают сильные вибрации. Таким образом, несимметрия напряжения сети ухуд­шает условия работы асинхронных двигателей, и ее следует по возможности устранять.
^ 4.13.2. Несимметрия в цепи ротора

Несимметрия в цепи ротора возникает из-за разрыва стержней короткозамкнутой об­мотки ротора, а в машинах с фазным ротором - из-за неисправности щеточного узла и пуско-регулируюших устройств. В результате несимметрии электрической цепи ротора в нем возникает несимметричная система токов. Разложим ее на две симметричные системы токов прямой и обратной последова­тельности. Токи ротора прямой последовательности создают поле Ф₂₁, неподвижное относительно поля статора (рис. 4.38),

n₂₁=n+n₂=(1-s)n₁+sn₁=n₁

(рис 4.38)

В результате их взаимодействия возникает момент М₁, аналогичный моменту двигателя с симметричным ротором. Токи ротора обратной последовательности создают поле Ф₂₂ вращающееся относительно ротора с частотой n₂ = sn₁ против направления вращения самого ротора, поэтому отно­сительно статора это поле будет вращаться с частотой

n₂₂=n-n₂=(1-s)n₁-sn₁=(1-2s)n₁

и наводить в статоре токи частоты f₂₂=(1-2s)f₁, которые замыкаются через сеть. При s = 0,5 поле обратной последова­тельности Ф₂₂ неподвижно относительно статора, оно не создает в статоре токов в, следовательно, момент M₂, обу­словленный этим полем, будет равен нулю. При 0,5≤s≤1 поле Ф₂₂ вращается относительно статора в обратном направлении (n₂₂ < 0) и стремится повернуть статор в обратном направлении. Но так как ста­тор жестко закреплен, то момент M₂ будет действовать на ротор в направлении вращения (M₂ > 0). При 0,5≥s≥0 поле Ф₂₂ вращается относительно статора В прямом направлении (n₂₂ > 0), а созданный этим полем момент M₂ будет действовать на ротор против направ­ления вращения ротора (M₂ < 0). Кривые результирующего момента M(s) = М₁+М₂ бу­дут иметь провал при скольжении s ≈ 0,5 (рис. 4.39). Максимально этот эффект проявляется при обрыве одной фазы ротора. В этом случае асинхронный двигатель даже при пуске без нагрузки застревает на поло­винной скорости. Если обрыв произой­дет во время работы, скольжение двига­теля возрастет, и он будет сильно греть­ся, а при больших нагрузках может пе­рейти в зону скольжения s ≈ 0,5. Для уменьшения провала в кривой момента M(s) можно в цепь ротора на период пуска включить дополнительное сопро­тивление r_2доп При этом максимум момента М₁ смещается в сторону больших скольжений, а провал момента уменьшается. При r_2доп = (7÷10)r₂ величина провала оказывается минимальной. Такой способ пуска применяется в синхронных двигателях.

(рис 2.39)