В асинхронном двигателе МДС трехфазной обмотки статора помимо основной гармоники содержит ряд высших пространственных. Каждая из этих гармоник создает в машине вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в υ раз меньше частоты вращения поля основной гармоники. При этом высшие пространственные гармоники МДС порядка υ = 6х + 1 создают прямовращающиеся (прямые) поля, а гармоники порядка υ = 6х - I — обратновращающиеся (обратные) поля.
Асинхронные моменты.Магнитные поля от высших пространственных гармоник, сцепляясь с обмоткой ротора, наводят в ней ЭДС и создают в двигателе собственные электромагнитные асинхронные моменты. Эти моменты ухудшают свойства двигателя, поэтому их принято называть паразитными. Если учесть влияние высших пространственных гармоник поля, то кривая электромагнитного момента окажется искаженной.
На рис. 13.10, а представлены графики моментов асинхронного двигателя Mυ = f(s)от прямого поля седьмой гармоники и обратного поля пятой гармоники, где s - скольжение ротора относительно поля основной гармоники. Обратное поле пятой гармоники при s = 0 ÷ 1 создает отрицательный момент М5; при s < 0,857 — отрицательный момент М7. Сложив ординаты моментов М7 и М5 с ординатами момента основной гармоники М, получим кривую результирующего асинхронного момента (рис. 13.10, б):
MРЕЗ = M + М5 + М7. (13.26)
Наибольшую опасность представляют собой паразитные асинхронные моменты при короткозамкнутой обмотке ротора, так как в этом случае токам, наведенным высшими гармониками магнитного поля в стержнях ротора, оказывается небольшое электрическое сопротивление. В двигателях с фазным ротором действие паразитных асинхронных моментов намного слабее.
Заметное влияние на форму кривой электромагнитного момента оказывают асинхронные паразитные моменты от гармоник поля зубцового порядка (обусловленных наличием зубцов на статоре и роторе):
vZ1 = (Z1/p) ± l; vZ2 = (Z2/p) ± l. (13.27)
Рис. 13.10. Асинхронные моменты от основной
и высших (5-й и 7-й) гармоник поля
Рис. 13.11. Влияние взаимного расположения
в пространстве полюсов высших пространственных
гармоник поля статора и ротора на направление
синхронного момента:
а— синхронный момент положительный,
б— синхронный момент отрицательный
Эффективное средство ослабления влияния высших гармоник на свойства двигателей — скос пазов ротора в пределах зубцового деления.В этом случае ЭДС в стержнях ротора от зубцовых гармоник поля статора снижаются почти до нуля. Действие высших гармоник поля ослабляют также правильным выбором числа пазов статора Z1 и ротора Z2.Рекомендуется соотношение Z2 ≤ l,25 (Z1 ± p ).
Синхронные моменты.Между вращающимися магнитными полями высших пространственных гармоник статора и ротора, имеющими одинаковый порядок, возникают силы магнитного взаимодействия. Результатом этого взаимодействия является возникновение синхронного момента Мcυ. В общем случае поля статора и ротора от высших пространственных гармоник вращаются с разными частотами (nυ1 ≠ nυ2), а поэтому направление синхронного момента Mcυменяется в зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов взаимодействующих полей. Обычно частота изменения знака момента Mcυ велика, и из-за большой инерции ротора этот момент не оказывает заметного влияния на вращение ротора. Но при некоторой частоте вращения ротора поля высших гармоник статора и ротора начинают вращаться с одинаковой частотой вращения (nυ1 = nυ2). В этом случае направление синхронного момента Mcυ становится стабильным. В зависимости от взаимного расположения магнитных полюсов магнитных полей момент Mcυ может быть положительным или отрицательным (рис. 13.11).
Синхронные моменты в асинхронном двигателе нежелательны, т. е. являются паразитными, так как они могут вызвать провалы в механической характеристике двигателя. Наибольшего значения синхронные моменты достигают при наличии зубцовых гармоник поля статора и ротора одинакового порядка, т. е. при υz1 = υz2. Синхронные моменты наиболее опасны при следующих соотношениях пазов статора и ротора (Z1и Z2):
Z1 = Z2; Z1 - Z2 = ±2p. (13.28)
Особенно нежелательно равенство числа пазов на статоре и роторе (Z1 = Z2),так как это может привести к «прилипанию» ротора к статору: зубцы ротора силами магнитного тяжения удерживаются под зубцами статора. Уменьшению синхронных моментов способствует скос пазов на роторе.