3. Характеристики асинхронного двигателя

3.1 Механическая характеристика

Механическая характеристика имеет наибольшее значение для определения свойств двигателя и представляет зависимость частоты вращения ротора от вращающего момента, т. е. или . Часто эту зависимость выражают в виде или .

Электромагнитный момент , развиваемый электромагнитными силами на роторе асинхронной машины, определяется равенством ,

где механическая мощность на роторе;  механическая угловая скорость вращения ротора; .

Равенство перепишем в виде: .

Электромагнитный момент определяют по электромагнитной мощности:

Ток главной ветви схемы замещения для наиболее распространенной уточненной Г-образной схемы замещения

.

Электромагнитная мощность: .

Выражение электромагнитного момента как функция скольжения (уравнение механической характеристики) имеет вид:

.

Можно сделать следующие выводы:

1. Момент пропорционален квадрату приложенного к обмотке статора напряжения.

2. Знак момента определяет скольжение: в двигательном и тормозном режимах при момент положителен, в генераторном режиме при отрицателен.

3. Момент имеет сложную зависимость от скольжения, определяемую соотношением сопротивлений машины.

4. М омент равен нулю при скольжениях и и максимальное значение при определенном соотношении параметров машины.

Задаваясь значениями при известных параметрах двигателя можно определить и построить искомую механическую характеристику. В электромеханике механическую характеристику (рис. 3.1, а) часто показывают как зависимость или . В теории электропривода широко используют зависимость (рис. 3.1, б) или .

При малых значениях скольжения механическая характеристика линейна, что объясняется большим значением сопротивления и возрастанием числителя дроби в формуле (3.7). При значениях скольжения, близких к единице, сопротивление соизмеримо или меньше суммарного индуктивного сопротивления и при увеличении скольжения момент уменьшается. Физически уменьшение момента объясняется значительным увеличением реактивного тока в обмотках машины, не создающего момента, но потребляемого машиной для создания магнитных потоков рассеяния статорной и роторной обмоток. При скольжении, равном , ток роторной обмотки чисто реактивный и момент равен нулю.

Укажем характерные точки механической характеристики асинхронной машины. При отрицательных значениях скольжения ( ) машина работает в генераторном режиме. При изменении скольжения от 1 до 0 – наиболее часто применяемый для асинхронной машины режим – в режиме двигателя. При изменении скольжения от 1 до +  асинхронная машина работает в режиме электромагнитного тормоза.

На рис. 3.2 приведена характеристика асинхронного двигателя. Характерными точками этой кривой являются:

а) идеальный холостой ход двигателя, недостижимый для двигателя на практике;

б) номинальный режим асинхронного двигателя;

в) режим максимального (критического) момента;

г) пусковой режим двигателя.

Для получения выражения максимального электромагнитного момента М_МАХ максимальной электромагнитной мощности Р_МАХ, полагая все величины кроме скольжения, постоянными, определяют производную момента или мощности по и приравнивают ее к нулю:

.

Уравнение обращается в нуль только при .

В этом случае критическое скольжение, при котором мощность достигает максимума,

или, если пренебречь величиной , .

Тогда максимальная мощность: .

Знак «плюс» соответствует двигательному режиму работы, знак «минус»  генераторному.

Для максимального (критического) электромагнитного момента получают:

.

По относительной величине, критический момент генераторного режима машины больше, чем в двигательном режиме.

Из полученных формул следует, что максимальный момент :

1. при заданной частоте и заданных параметрах машины пропорционален квадрату напряжения (асинхронный двигатель весьма чувствителен к уменьшению напряжения сети);

2. не зависит от активного сопротивления роторной обмотки;

3. получается при тем большем скольжении, чем больше активное сопротивление роторной цепи;

4. при заданной частоте почти обратно пропорционален сумме сопротивлений , т. е. тем меньше, чем больше индуктивные сопротивления рассеяния статорной и роторной обмоток.

Величина момента имеет особенно важное значение при работе асинхронной машины в режиме двигателя: его часто называют опрокидывающим моментом.

Отношение:

называют коэффициентом максимального момента, определяющим перегрузочную способность двигателя, т. е. возможность автоматического увеличения вращающего момента вплоть до при возросшей сверх номинальной нагрузки на валу. У двигателей общепромышленных серий мощностью от 0,6 до 2000 кВт .

При скольжении получают формулу пускового момента: .

Пусковой момент достигает максимума при условии: .

Как видно пусковой момент:

1. при заданной частоте и неизменных параметрах машины пропорционален квадрату напряжений ;

2. достигает максимума при условии, что активное сопротивление цепи ротора равно индуктивному сопротивлению машины ;

3. при прочих равных условиях тем меньше, чем больше индуктивность машины .

Пусковой момент выражают отношением: ,

называемым отношением пускового момента к номинальному или кратностью пускового момента.

Для асинхронных двигателей общепромышленных серий с короткозамкнутым ротором пусковой (начальный) момент невелик и составляет .