Что бы получить искусственные механические характеристики асинхронного электродвигателя иногда могут использовать схемы с несимметричным статорным напряжением.
Данная не симметрия может создаваться с помощью автотрансформатора, который подключается в две фазы питающего напряжения. Векторная диаграмма линейных напряжений на статоре б) асинхронной машины и схема включения электродвигателя с автотрансформатором а) показана ниже:
Трехфазная несимметричная система может быть разложена на две симметричные трехфазные системы – синхронную и обратно-синхронную. Синхронная будет иметь такой же порядок следования векторов как и основная система, а обратно-синхронная – обратный порядок фаз. В связи с этим можно считать, что в двигателе будут созданы две магнитодвижущие силы МДС, которые будут вращаться в соответствующих направлениях. Каждая из МДС создаст свой магнитный поток. Эти потоки будут индуктировать в обмотке ротора свои ЭДС. Соответственно эти ЭДС создадут в роторе свои системы токов. Магнитный поток прямого вращения будет взаимодействовать с токами ротора положительного следования фаз и будет создавать момент в положительном направлении. Аналогично этому магнитный поток обратного следования фаз создаст момент обратного направления. Соответственно результирующий момент будет равен алгебраической сумме обоих моментов. Взаимодействия магнитных потоков и токов противоположных систем создадут пульсирующий момент, средняя величина которого будет равна нулю.
Для расчета механической характеристики необходимо систему несимметричных напряжений разложить на обратно-синхронную и прямо-синхронную.
Синхронная составляющая:
Обратно-синхронная составляющая:
Где U1, U2, U3 – напряжения фазные несимметричной системы, которая является векторными величинами вида Аеψј ; а – единичный вектор равный е ј120 = 0,5 + ј0,866.
Данная система не имеет нулевого провода и составляющая нулевая будет отсутствовать.
При практических расчетах обычно ведут расчет с линейными напряжениями, поэтому при использовании выражений (1) и (2) необходимо произвести определение фазных несимметричных напряжений. Определение симметричных линейных напряжений проще выполнить с помощью графического построения. Для этой цели на одном из векторов линейных напряжений строят два равносторонних треугольника АС3С2 и С3ВС2 (показаны ниже):
Расстояние между свободной вершиной треугольника С1 и вершиной А, нижнего треугольника, дает в соответствующем масштабе 1,73Uпр, отрезок ВС1 между вершиной С1 и вершиной В второго вспомогательного треугольника дает 1,73Uоб. Обоснование этого метода приводится в курсах теоретической электротехники.
По найденным симметричным составляющим могут быть найдены значения критических моментов:
Момент прямой последовательности будет равен:
Для определения момента обратной последовательности нужно определить скольжение ротора относительно магнитного потока обратной последовательности.
На рисунке выше указаны скорости вращения прямого nпр = n0 и обратного nобр = — n0 магнитных потоков, скорость вращения ротора n = n0(1 — S) и скорость ротора по отношению к прямому полю
обратному полю
Отсюда видно, что скольжение ротора относительно поля обратной последовательности будет (2 — S). Отсюда получим выражение для момента обратной последовательности:
Момент развиваемый асинхронным электродвигателем будет равен:
Если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, то выражение момента примет вид:
Механическая характеристика при несимметричном режиме работы в случае отсутствия добавочного сопротивления в роторе непригодна для торможения.
Как видим из графика, если ввести в цепь ротора значительное активное сопротивления, то это позволит получить характеристики, которые могут обеспечить надежный тормозной спуск с небольшой скоростью:
Главным недостатком несимметричного питания будет то, что в электродвигателе возникают значительные потери, создаваемые обеими магнитными полями, ведущими к большому нагреву асинхронной машины. Поэтому данный вид торможения могут применять только в комбинации с противовключением и применяют только для получения низкой скорости перед просадкой груза.
