Nadomestno vezje asinhronskega stroja

Asinhronski stroj bomo obravnavali v motorskem režimu delovanja. Zaradi simetrične gradnje statorskih in rotorskih faz lahko analiziramo le eno fazo s pomočjo enofaznega nadomestnega vezja. To je možno le ob predpostavki simetričnega napajanja, torej da so frekvenca $f$ , napetost $U$ in fazni zamiki $φ$ enaki za vse faze.

Pri analizi bomo vse mehanske veličine izrazili v električni obliki, da lahko uporabimo enotno električno nadomestno vezje. Začnemo z rotorjem, ki je sestavljen iz lamelirane pločevine in ustreznega navitja. Rotor ima lahko klasično večfazno navitje (npr. trifazno) ali pa kratkostično kletko, ki jo lahko modeliramo kot večfazni sistem z $m$ fazami. Pri tem $m$ označuje število efektivno porazdeljenih tokovnih poti v kletki.

Stroj obravnavamo v ustaljenem stanju, kar pomeni, da so vrtilna hitrost, navor in slip konstantne. V tem stanju lahko modeliramo obnašanje rotorja s pomočjo ustreznega nadomestnega vezja.

Na spodnji sliki je prikazano nadomestno vezje trifaznega rotorskega navitja, kjer so za vsako fazo narisane po ena tuljava. Ker ima vsako izmed teh navitij svojo ohmsko upornost $R_{R}$ in induktivno reaktanco $X_{R}$ , lahko vsako fazo nadomestimo z veji, sestavljeno iz upora in tuljave.

Zaradi simetrične zasnove stroja in simetričnega napajanja smo prej uvedli poenostavitev, da bomo za analizo uporabili samo eno fazo. Za nadaljnjo analizo bomo torej uporabili eno vejo nadomestnega vezja, ki jo sestavljata upor $R_{R}$ in reaktanca $X_{R}$ .

S takšnim vezjem lahko nadalje analiziramo tokove, moči in izgube ter ocenjujemo delovanje asinhronskega motorja v različnih režimih delovanja.

Dvopolni asinhronski motor

V stroju imamo samo eno magnetno polje, vendar mi ga lahko razdelimo na več komponent za lažjo analizo. Prvega bomo poimenovali glavno magnetno polje $Φ_{g l}$ . Ta je tisti, ki ga generira stator, in gre skozi navitje na rotorju. Drugi je stresano magnento polje, tega generira stator, vendar njegova zanka nikoli ne preide skozi rtorosko navitje.

Ker je magnetno polje leno, išče najkrajšo pot, zato se bo del njega za nas neuporabne, ker nebo šel skozi drugo navitje.

Frekvence

Asinhronski stroj deluje z dvema različnima frekvencama. Prva je frekvenca statorja $f_{s}$ , ki je običajno 50 Hz in prihaja neposredno iz električnega omrežja. Ta določa hitrost vrtenja vrtilnega magnetnega polja znotraj stroja.

Druga frekvenca je rotorska frekvenca $f_{R}$ , ki je odvisna od zdrsa (slipa) $s$ . Rotor asinhronskega motorja se ne vrti popolnoma sinhrono z magnetnim poljem statorja. Ko na gred deluje mehanska obremenitev, začne rotor zaostajati za magnetnim poljem, kar povzroči nastanek indukcijskega toka v rotorskem navitju.

Frekvenca tega induciranega toka v rotorju je:

f_{R} = s \cdot f_{s}

To pomeni, da bo v primeru večje mehanske obremenitve slip večji, rotor bo bolj zaostajal, in posledično bo višja tudi rotorska frekvenca $f_{R}$ . Nasprotno pa bo pri manjših obremenitvah slip manjši, rotor skoraj dohiteva magnetno polje in rotorska frekvenca bo zelo nizka.

Ker je rotorska reaktanca odvisna od frekvence, jo izražamo kot:

X_{σ R} = 2 π f_{R} L_{σ R}

Če vstavimo izraženo rotorsko frekvenco $f_{R} = s f_{s}$ , dobimo:

s X_{σ R} = 2 π s f_{s} L_{σ R}

Ta izraz nam pove, da je efektivna reaktanca rotorja sorazmerna s slipom. V enofaznem nadomestnem vezju asinhronskega stroja zato upoštevamo, da se inducirani tokovi v rotorju spreminjajo z zdrsno frekvenco $s f_{s}$ , kar vpliva tako na napetostne padce kot tudi na moč, ki se prenese z magnetnega polja na rotor.