Универсальная характеристика асинхронной машины

Асинхронная машина, как и все электрические машины, обратима, т. е. в режиме двигателя она может преобразовывать электрическую энергию в механическую, а в режиме генератора — механическую в электрическую.

Чтобы перевести асинхронную машину из режима двигателя в режим генератора, необходимо с помощью внешней механической силы, приложенной к валу асинхронной машины, сообщить ротору частоту вращения, превышающую синхронную, т. е. нужно, чтобы выполнялось условие п > п ₁. Тогда ротор будет обгонять вращаю­щееся магнитное поле, а его проводники будут пересекать линии магнитного поля в направлении, обратном направлению пересечения при вращении в режиме двигателя.

Рис.14.30

Вследствие этого ЭДС и токи в обмотке ротора изменят свое направление на противоположное. В результате сила взаимодействия вращающегося поля и токов ро­тора переменит свое направление и станет противодействовать вра­щению ротора. Для поддержания последнего требуется передача ротору механической энергии от внешнего источника. Однако на­магничивающий ток останется неизменным, так как условия воз­буждения вращающегося поля в асинхронном генераторе и двигателе одни и те же. Мощ­ность, развиваемая машиной, в таких условиях отрицательна, т. е. машина не потребляет энер­гию, а отдает ее в сеть. При та­ком режиме машины скольже­ние

s = (n₁-n)/n₁<0.

Отрицательное скольжение — характерный признак режима _{Рис 1430} генератора асинхронной маши­ны. С возрастанием по абсолютному значению этого скольжения индуктивное сопротивление обмотки ротора машины будет возра­стать, из-за чего будет увеличиваться сдвиг фаз между ЭДС и током в обмотке ротора. С другой стороны, пропорционально скольжению растет ЭДС ротора, и так как тормозной момент асинхронного генератора выражается так же, как вращающий момент двигателя (14.27), т. е.

М_тор = const Ф_вI₂ cos ф₂,

то, следовательно, максимальное значение этого момента будет соот­ветствовать скольжению (14.31):

S_kp = -rB2/(x''_рас1 + x_рас2).

При дальнейшем увеличении отрицательного скольжения момент уменьшается. Таким образом, характеристика М_тор (s) генератора в общем напоминает такую же характеристику двигателя и является ее продолжением в третьем квадранте системы координат (рис. 14.30).

Асинхронный генератор потребляет из сети индуктивный реактив­ный (намагничивающий) ток, как и двигатель, и поэтому нуждается в источнике реактивной мощности. Следовательно, асинхронный генератор не может работать независимо. Подключенный к сети, асинхронный генератор своим реактивным током ухудшает общий коэффициент мощности системы.

Однако возможна и независимая (автономная) работа асинхрон­ного генератора, так как необходимый реактивный ток могут давать включенные параллельно с ним конденсаторы. В этом случае при пуске асинхронного генератора в ход имеют место явления самовозбуждения от остаточного намагничивания магнитной цепи асинхрон­ной машины.

Преимуществом асинхронного генератора является простота его устройства и обслуживания.

Если с помощью внешней механической силы вращать ротор про­тив направления вращения магнитного поля машины, то в выраже­ние скольжения (14.8) частота вращения ротора п войдет уже с отри­цательным знаком, а в таких условиях это скольжение

s =(n₁ + n)/ n₁>l.

В этих условиях направление тока в обмотке ротора не изме­нится, а следовательно, ротор будет развивать момент, противодей­ствующий тормозному моменту, приложенному к валу машины. Последняя будет потреблять механическую энергию, подводимую со стороны вала, и электрическую энергию из сети. Это будет режим электромагнитного тормоза. График зависимости М (s) при s > 1 является прямым продолжением характеристики двигателя и будет третьим участком универсальной характеристики М (s) асинхронной машины.

Режим тормоза применяется для быстрой остановки двигателя или в случае, когда целесообразно использовать асинхронную ма­шину для торможения приводного механизма, например в крановых и подъемных устройствах при спуске грузов.

Для того чтобы перевести двигатель в режим тормоза, приме­няется противовключение, т. е. изменение порядка подключения к сети любых двух фаз статора (рис. 14.7, а), при этом направление вращения магнитного поля становится противоположным направле­нию вращения ротора. В этих условиях скольжение s = (n₁+ п)/п₁ > 1 и ротор вращается против поля под действием внешней механической силы (например, тяжести опускающегося груза) или под действием силы инерции. Когда ротор остановится, необходимо отключить машину от сети, чтобы избежать перехода машины в режим двигателя.