2.2.3. Приведение рабочего процесса асинхронной машины при вращающемся роторе к рабочему режиму трансформатора

В АМ с вращающимся ротором происходит преобразование электрической энергии в механическую или наоборот. При этом частота ЭДС и токов статора и ротора неодинаковы. Это вызывает затруднения при анализе работы АМ. Например, оказывается невозможным изображать электрические величины статора и ротора в виде векторов на совмещенной временной векторной диаграмме. Для устранения этого удобно АМ с вращающимся ротором привести к АМ с неподвижным ротором, работающей как трансформатор.

Уравнение напряжения вращающегося ротора

(2.1)

Схема замещения и векторная диаграмма цепи ротора будет иметь вид (рис. 2.3).

При этом

; .

Угол между током и ЭДС

Если уравнение (2.1) разделить на s, то получим

(2.2)

Или ,

где .

Схема замещения и векторная диаграмма роторной цепи соответствующая последнему уравнению примут вид (рис. 2.4).

Здесь ;;– сдвиг по фазе тока ротора относительно ЭДС, т. е. остался прежним.

В результате деления уравнения (2.1) на s, оно изменяет не только свой вид, но и приобретает другой физический смысл. Теперь в цепи ротора вместо ЭДС с частотойдействует ЭДСЕ₂ с частотой f₁. Вместо индукторного сопротивления , в цепи действует индуктивное сопротивление неподвижного ротора. Что касается тока ротора, то он не изменяется по величине и фазе, изменяется лишь его частота сна. Не изменяется так же величина и фаза первичного тока. Остаются прежними электрические потери в роторе и статоре, следовательно, не изменяется потребляемая машиной электрическая энергия или отдаваемая машиной в сеть электрическая энергия. Механическая мощность, развиваемая на валу вращающегося ротора равна электрической мощности, выделяемой на добавочном сопротивлениив цепи неподвижного ротора.

Это позволяет анализировать вращающуюся машину, заменив ее неподвижной, с указанным выше воображаемым сопротивлением в цепи ротора. В этом случае АМ становится аналогичной трансформатору, работающему на чисто активную нагрузку.

Этот вывод справедлив для любого режима машины. В двигательном режиме сопротивление положительно и электрическая энергия, выделяемая на этом сопротивлении, будет также положительна. В режиме двигателя АМ потребляет электрическую энергию и преобразует ее в механическую.

В режимах генератора и тормоза сопротивление – отрицательно. Направление преобразования энергии изменяется на обратное. Машина преобразует механическую мощность в электрическую.

2.2.4. Приведение обмотки ротора к обмотке статора

Для удобства анализа работы АМ целесообразно обмотку ротора привести к обмотке статора. Операция приведения сводится к замене реальной обмотки ротора приведенной обмоткой, имеющей такое же число фаз, число витков, пазов на полюс и фазу, что и обмотка статора.

ЭДС приведенной обмотки ротора определяется из соотношения

,,,,,,,,

Следовательно, приведенный вторичный ток можно получить, из уравнения МДС

,

,

или ,

где ,k_i – коэффициент приведения по току.

Приведенное активное сопротивление вторичной обмотки получим из равенства электрических потерь, откуда

.

Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора определяется из соотношения , откуда.

Приведенное полное сопротивление обмотки ротора будет

.