Библиотека

Если ротор асинхронной машины, включенной в сеть с напряжением U₁, вращать посредством первичного двигателя в направлении вращающегося поля статора, но со скоростью n₂>n₁, то движение ротора относительно поля статора изменится (по сравнению с двигательным режимом этой машины), так как ротор будет обгонять поле статора. При этом скольжение станет отрицательным, а направление ЭДС Е₁, наведенной в обмотке статора, а следовательно, и направление тока I₁ изменятся на противоположное. В результате электромагнитный момент на роторе также изменит направление и из вращающего (в двигательном режиме) превратится в противодействующий (по отношению к вращающему моменту первичного двигателя). В этих условиях асинхронная машина из двигательного перейдет в генераторный режим, преобразуя механическую энергию первичного двигателя в электрическую. При генераторном режиме асинхронной машины скольжение может изменяться в диапазоне от минус бесконечности до нуля, при этом частота ЭДС асинхронного генератора остается неизменной, так как она определяется скоростью вращения поля статора, т.е. остается такой же, что и частота тока в сети, на которую включен асинхронный генератор.

Ввиду того, что в генераторном режиме асинхронной машины условия создания вращающегося поля статора такие же, что и в двигательном режиме (и в том, и в другом режимах обмотка статора включена в сеть с напряжением U₁), и потребляет из сети намагничивающий ток I₀, то асинхронная машина в генераторном режиме обладает особыми свойствами. Она потребляет реактивную энергию из сети, необходимую для создания вращающегося поля статора, но отдает в сеть активную энергию, получаемую в результате преобразования механической энергии первичного двигателя. Следует обратить внимание, что работа асинхронных генераторов возможна лишь при их совместной работе с синхронными генераторами, которые в этом случае необходимы как источники реактивной энергии.

В отличие от синхронных, асинхронные генераторы не подвержены опасностям выпадения из синхронизма. Однако асинхронные генераторы не получили широкого распространения, что объясняется рядом их недостатков по сравнению с синхронными генераторами.

Одним из существенных недостатков асинхронных генераторов является значительная реактивная мощность, потребляемая ими из сети. Величина этой мощности пропорциональна намагничивающему току I₀ и может достигать 25-45% от номинальной мощности машины. Из этого следует, что для работы 3-4 асинхронных генераторов необходимо использовать один синхронный генератор такой же мощности, что и мощность одного асинхронного генератора. Если же асинхронные генераторы работают параллельно на общую сеть с несколькими синхронными генераторами, то большая величина реактивной мощности возбуждения асинхронных генераторов значительно понизит коэффициент мощности всей электрической сети.

Асинхронный генератор может работать и в автономных условиях, т.е. без включения в общую сеть. Но в этом случае для получения реактивной мощности, необходимой для намагничивания генератора, используется батарея конденсаторов, включенных параллельно нагрузке на выводы генератора.

Непременным условием такой работы асинхронных генераторов является наличие остаточного намагничивания стали ротора, что необходимо для процесса самовозбуждения генератора. Небольшая ЭДС Е_ост, наведенная в обмотке статора, создает в цепи конденсаторов, а следовательно, и в обмотке статора небольшой реактивный ток, усиливающий остаточный поток Ф_ост. В дальнейшем процесс самовозбуждения развивается, как и в генераторе постоянного тока параллельного возбуждения. Изменением емкости конденсаторов можно изменять величину намагничивающего тока, а, следовательно, и величину напряжения генераторов. Из-за чрезмерной громоздкости и высокой стоимости конденсаторных батарей асинхронные генераторы с самовозбуждением не получили распространения. Асинхронные генераторы применяются лишь на электростанциях вспомогательного значения малой мощности, например в ветросиловых установках.

Тормозной режим асинхронной машины применяется при необходимости быстрой остановки ротора двигателя. Этот режим создается противовключением двигателя. Для этого необходимо изменить направление вращения магнитного поля статора. С этой целью достаточно переключить любую пару проводов, соединяющих обмотку статора с сетью, т.е. изменить порядок следования фаз на зажимах статора. В первый момент после переключения соединительных проводов силы инерции вращающихся частей двигателя и исполнительного механизма продолжают вращать ротор в прежнем направлении, а вращающееся поле статора начинает вращаться в противоположном направлении. В этих условиях скольжение асинхронной машины становится больше единицы s = (-n₁-n₂)/(-n₁) > 1, а электрические потери в цепи ротора p_э2 = sР_эм больше электромагнитной мощности.

Таким образом, электромагнитная мощность машины в тормозном режиме составляет лишь часть электрических потерь в роторе. Другая часть этих потерь покрывается за счет механической мощности вращающихся по инерции частей двигателя и исполнительного механизма. Электромагнитный момент при этом имеет то же направление, что и направление поля статора, т.е. направление против вращения ротора и является тормозящим по отношению к моменту, вращающему ротор. К недостаткам этого способа торможения следует отнести: значительные потери энергии, вызванные нагревом роторной обмотки, а также большие броски тока в момент переключения проводов обмотки статора. В двигателях с контактными кольцами для ограничения броска тока при торможении противовключением в цепь ротора включают сопротивление. Кроме того, при торможении двигателя указанным способом необходимо отключить его от сети в момент остановки, так как в противном случае произойдет реверсирование, т.е. ротор двигателя начнет вращаться в противоположном направлении.

Таким образом, возможны три режима работы асинхронной машины: двигательный, генераторный и тормозной. Каждому из указанных режимов соответствует определенный диапазон изменения скольжения: в двигательном режиме скольжение может изменяться от нуля (n₂ = n₁) до единицы (n₂ = 0), в генераторном – от нуля до минус бесконечности, а в тормозном – от единицы до плюс бесконечности.