Анализируя принцип действия трехфазного асинхронного двигателя, заметим, что в асинхронном двигателе много общего с трансформатором.
Между обмотками статора и ротора двигателя, как и между первичной и вторичной обмотками трансформатора, существует только магнитная связь. Как и в трансформаторе, в асинхронном двигателе электроэнергия из сети поступает в первичную обмотку (обмотку статора) и за счет электромагнитных процессов передается во вторичную обмотку (обмотку ротора).
Такая аналогия между асинхронными двигателями и трансформаторами хорошо видна при неподвижном роторе (n2=0, S=1), что соответствует режиму пуска двигателя (обмотка статора включена в сеть, а ротор в начальный момент остается неподвижным). В этом случае отличие асинхронного двигателя от трансформатора только конструктивное, касающееся прежде всего особой конструкции сердечников и обмоток статора и ротора, наличия воздушного зазора в магнитопроводе (между статором и ротором), замкнутой накоротко обмотки ротора. Несмотря на это, электромагнитные процессы в асинхронном двигателе аналогичны электромагнитным процессам в трансформаторе, что позволяет основные соотношения, выведенные для трансформатора в виде уравнении напряжений для первичной и вторичной цепей, а также уравнения токов применить к асинхронному двигателю.
Так как по физическому смыслу работа асинхронного двигателя аналогична трансформатору, то его работу приводят к режиму трансформатора. Но у асинхронного двигателя имеются отличия от трансформатора:
1) Ротор асинхронного двигателя вращается, а трансформатор неподвижный статический аппарат. Поэтому первой задачей будет приведение асинхронного двигателя к неподвижному состоянию (см. рис 2.9, а).
Запишем выражение для тока ротора
– ток во вращающемся роторе (2.30)
Разделим числитель и знаменатель на скольжение S, тогда
– ток при неподвижном роторе, (2.31)
т.к. его выразили через E2 и x2 – неподвижного ротора.
2) Асинхронный двигатель отдает с вала механическую мощность, а трансформатор электрическую. Решим эту задачу.
Представим , тогда схема замещения для роторной цепи будет иметь вид, рис. 2.9, б. Полная мощность, переданная на ротор равна E2∙I2. В роторной цепи она теряется только на активных элементах. Сопротивление r2 обычно мало, поэтому мощность, теряемая на сопротивлении , будет эквивалентна механической мощности, которую развивает двигатель.
Рис. 2.9 Схемы замещения роторной цепи.
Итак, работу асинхронного двигателя можно свести к работе трансформатора. Отсюда векторная диаграмма и схема замещения асинхронного двигателя будут аналогичны векторной диаграмме и схеме замещения трансформатора.