2.2.2. Частота вращения мдс ротора

При подключении в общем случае многофазной обмотки статора к сети она создает МДС обмотки статора, первая гармоника которой имеет амплитуду F₁ . Приэтом МДС обмотки ротора с амплитудой первой гармоники F₂ вращается относительно ротора с частотой, определяемой частотой тока в роторе. Так как частота ЭДС и тока в роторе согласно предыдущему , то скорость вращения МДС ротора F2 относительно самого ротора будет

.

Далее учтем, что при скольжении частота вращения ротора . Тогда частота вращения МДС ротора в пространстве (относительно неподвижного статора)

.

Таким образом, первая гармоника МДС ротора вращается в пространстве с той же частотой вращения, что и МДС статора, т.е. они неподвижны относительно друг друга и образуют результирующее вращающееся поле. Результирующая МДС будет . Здесь пространственные векторы заменены временными векторами, так как пространственный сдвиг между векторами соответствует временному сдвигу токов, создающих эти МДС.

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 частотой действует ЭДС Е₂ 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 с на . 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 сопротивлении в 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.