Механическая характеристика.

Для устойчивой работы двигателя важно, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозного моментов; с увеличением нагрузки на валу двигателя должен соответственно возрастать и вращающий момент. Это уравновешивание у работающего асинхронного двигателя осуществляется следующим образом: при увеличении нагрузки на валу тормозной момент оказывается больше вращающего момента, вследствие чего частота вращения ротора уменьшается — скольжение возрастает. Повышение скольжения вызывает увеличение вращающего момента, и равновесие моментов восстанавливается при возросшем скольжении.

Вращающий момент

Где угловая скорость ротора

Однако зависимость вращающего момента от скольжения довольно сложна. Действительно, в уравнении вращающего момента (20) все три величины I₂, Фв и cosφ ₂ зависят от скольжения.

M=C_MФвI₂cosφ ₂ (20)

Вращающийся магнитный поток

В выражении момента (20) три величины зависят от скольжения, причем одна из них (I₂) увеличивается с ростом скольжения, а две другие - Фв и cosφ ₂ - убывают. Следовательно, определенному значению скольжения, называемому критическим скольжением Sкр должно соответствовать максимальное значение вращающего момента.

Опираясь на приведенные выражения и приведенную схему замещения фазы (рис. 29) получим уравнение момента

(21)

Характерная зависимость вращающего момента двигателя от скольжения показана на рис. 30. Максимум вращающего момента разделяет график вращающего момента на устойчивую часть - от s = 0 до s_кр — и неустойчивую часть - от s_кр до s = 1, в пределах которой вращающий момент уменьшается с ростом скольжения. s_кр можно найти из (21) при исследовании на экстремум.

критическое скольжение, выраженное через приведенные параметры цепи ротора

(22)

Выразим теперь максимальный вращающий момент через параметры двигателя, для этого подставим выражение критического скольжения (22) в уравнение момента (21).

Пренебрегая значением величины r_в1 по сравнению cо значением величины (х_рас1 + х_рас2'), получим выражение максимального момента асинхронного двигателя в следующей простой форме:

(23)

Рис. 30

Максимальный момент определяет перегрузочную способность асинхронного двигателя. Выражение (23) показывает, что М_вр.max не зависит от активного сопротивления цепи ротора, в то же время согласно (22) критическое скольжение пропорционально этому сопротивлению. Следовательно, увеличивая активное сопротивление цепи ротора, можно увеличивать критическое скольжение, не изменяя максимальный момент. Эта возможность используется для улучшения пусковых условий в двигателях с фазным ротором.

То обстоятельство, что максимальный вращающий момент

пропорционален U₁², делает асинхронный двигатель весьма чувствительным к снижению напряжения питающей его сети. При значительном снижении напряжения U₁ вращение двигателя при пуске в ход может не начаться. У типовых асинхронных двигателей максимальный момент больше номинального в 2-2, 5 раза.

У некоторых двигателей зависимость Мвр(s) на участке s_кр < s < 1 имеет провал (показан на рис. 30 штриховой линией), вызванный высшими гармоническими составляющими зубцовых полей.

Как показывает кривая на рис. 31, частота вращения асинхронного двигателя лишь незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от нуля до максимального значения, т. е. механическая характеристика двигателя в этом случае жесткая.

Рис. 31

Обычно в номинальном режиме работы двигателя тормозной момент в 2-3 раза меньше максимального вращающего момента М_вр.max. При длительной перегрузке (М_тор > М_вр.max) двигатель останавливается.

Механическая характеристика, относящаяся к нормальным рабочим условиям двигателя, называется естественной механической характеристикой в отличие от искусственной механической характеристики, какой является, например, характеристика двигателя с фазным ротором, у которого в цепь ротора включен реостат.

Энергетическая диаграмма.

Комплексная мощность трехфазного асинхронного двигателя

S₁=P₁+jQ₁=3U₁I₁cosφ ₁+j3U₁I₁sinφ ₁,

где P₁, Q₁ — активная и реактивная мощности двигателя.

Активная мощность двигателя P₁ определяет среднюю мощность необратимого преобразования в двигателе электрической энергии, получаемой из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии, а реактивная мощность Q₁ - максимальную мощность обмена энергией между источником и магнитным полем двигателя.