§3 Электромагнитной момент асинхронной машины

Схема замещения ротора AM, приведенная на рис.5, позволяет лишь определять величины тока ротора и его составляющих, но не отражает полностью энергетический процесс в AM. В самом деле, определяя активную мощность по схеме рис.5, мы получим

(11)

т.е. мощность потерь энергии в обмотке ротора. Вместе с тем в машине (например - в двигателе) происходит процесс передачи энергии от статора к ротору и скорость этой передачи или электромагнитная мощность Р_э не может определяться только мощностью потерь - от ротора энергия передается далее, к исполнительному механизму или нагрузке двигателя.

Процессы передачи и преобразования энергии в AM удобно рассмотреть на примере двигательного режима (рис.7).

Рис.7

Сетевая мощность двигателя Р_с, его электромагнитная мощность Р_э и мощность на валу Р_в определяют скорости передачи энергии от сети к двигателю (Р_с),от статора к ротору (Р_э) и от ротора к нагрузке (Р_в). Вместе с тем мощность на валу двигателя связана с величиной вращающего момента двигателя (и равного ему в точности при установившемся режиме моменту нагрузки) известным из механики соотношением

(12)

где - мощность в Вт, - скорость вращения в об/мин.

Вместе с тем величина М_в определяет также запас кинетической энергии вращающегося ротора.

Можно поставить в соответствие Р_э также некоторый момент, назвав его электромагнитным и определяя по формуле:

(13)

Эту физическую величину можно считать моментом сил действующих на ротор со стороны результирующего поля, или полагать М_э равным запасу энергии результирующего поля.

Приближенное выражение для электромагнитного момента можно получить, полагая равными нулю потери энергии в стали ротора и потери на трение при вращении ротора. При таких допущениях можно считать что приводит к равенству

(14)

Но разность электромагнитной мощности и мощности на валу в этом случае есть мощность потерь энергии в обмотке ротора, т.е.

(15)

где - число фаз ротора.

Таким образом, активная составляющая тока ротора определяет (по величине и знаку) электромагнитный момент машины.

§4 Основные режимы работы асинхронной машины.

Величина и знак полностью определяются скольжением АМ. Для описанного выше двигательного режима

(16)

Однако из выражения для скольжения AM следует, что этот режим не является единственно возможным. В самом деле нетрудно представить, что статор AM включен в сеть, а к ротору приложен извне вращающий момент такой величины, что скорость вращения ротора превосходит синхронную, причем ротор вращается в ту же сторону, что и поле статора.

В этом режиме работы машины

(17)

т.е., во-первых, энергия передается от ротора к статору и, во-вторых, развиваемый машиной момент направлен против вращения ротора. Оба эти факта позволяют считать такой режим генераторным - механическая энергия подводится к валу AМ в виде вращающего момента, преобразуется в электрическую (со скоростью Р_э) и передается от статора в сеть.

Возможен и третий особый вид режима работы AМ - в котором ротор под действием внешних сил вращается (с произвольной скоростью) против вращения поля статора, а последнее создается сетевым током, т.е. статор по прежнему подключен к сети. В таком режиме

(18)

т.е. направление передачи энергии от статора к ротору остается таким же, как и для двигательного режима, однако не изменяется и знак развиваемого машиной момента по отношению к направлению вращения поля статора - этот момент направлен против вращения ротора (является тормозящим). Такой режим работы AM называют режимом электромагнитного тормоза. Главной его особенностью является то, что энергия подводится к AM как от сети, так и от внешнего источника механической энергии и, естественно, полностью превращается в тепловую, выделяясь главным образом в обмотках статора и ротора.

Учитывая, что режим электромагнитного тормоза AM детально изучается в курсе электропривода, а использование асинхронных генераторов в практике весьма ограничено, все дальнейшее изучение AM будет построено применительно к двигательному режиму. Следует помнить, что вид режима работы AM полностью определяется величиной и знаком скольжения s и поэтому все последующие выводы можно легко преобразовать для любого вида режима.