1. Механічні характеристики асинхронного двигуна

Вивід механічної характеристика асинхронного двигуна. Асинхронні двигуни одержали досить широке застосування на кораблях й у промисловості завдяки ряду істотних переваг у порівнянні з іншими типами двигунів. Асинхронний двигун простий і надійний в експлуатації, тому що не має колектора; асинхронні двигуни дешевше й значно легше двигунів постійного струму.

Асинхронна машина може працювати в режимах двигуна, генератора й електромагнітного гальма. Ковзання асинхронної машини

у зазначених режимах змінюється в наступних межах:

- при руховому режимі:

- при генераторному режимі:

- при гальмовому режимі:

Величина ковзання в режимі холостого ходу близька до нуля, але ніколи нулю не рівняється, оскільки при s = 0 струми в роторі й обертаючи моменті зникають. У номінальному руховому режимі s = 0,01 - 0,06. Ковзання асинхронного двигуна виражають як в абсолютних значеннях, так й у відсотках.

Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна доцільно шукати у вигляду залежності його електромагнітного моменту від ковзання М = f(S). Для виводу рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна можна скористатися спрощеною схемою його заміщення, наведеної на рис. 3.1, де прийняті наступні позначення:

• — первинна фазна напруга; — фазний струм статора; — наведений струм ротора; — первинний й вторинний реактивний опор розсіювання; — активний і реактивний опори контуру намагнічування; — ковзання двигуна; - синхронна кутова швидкість двигуна ( ; — частота мережі; р — число пар полюсів); — первинний й вторинний активний опор.

Рис. 3.1. Спрощена схема заміщення асинхронного двигуна.

Відповідно до наведеної схеми заміщення можна одержати вираження для вторинного струму ротора:

Момент асинхронного двигуна може бути визначений з вираження втрат , звідки

З урахуванням раніше отриманого значення струму _, одержуємо механічну характеристику АД:

Крива моменту у функції ковзання має два максимуми: один — у генераторному режимі, іншої — у руховому.

Дорівнюючи , визначаємо значення критичного ковзання , при якому двигун розвиває максимальний (критичний) момент

При значних опорах роторного ланцюга максимум моменту може виявитися в режимі гальмування проти включенням.

Підставляючи значення критичного ковзання у вираз для моменту, находимо вираження для максимального моменту

Знак «+» у двох останніх рівностях ставиться до рухового режиму (або гальмуванню проти включенням), знак «—» до генераторного режиму роботи паралельно з мережею (при ), рис. 3.2.

Рис. 3.2. Механічна характеристика асинхронного двигуна.

Для практичних розрахунків після відповідного перетворення механічної характеристики АД можна одержати рівняння Клоса:

де — максимальний момент двигуна; Sк — критичне ковзання, що відповідає максимальному моменту; а = R₁/R₂΄.

Тут варто підкреслити: досить важливе для практики обставину - вплив зміни напруги мережі на механічні характеристики асинхронного двигуна. Як видно з (3.36), при даному ковзанні момент двигуна пропорційний квадрату напруги, тому двигун цього типу дуже чутливий до коливань напруги мережі. При цьому критичне ковзання й кутова швидкість ідеального холостого ходу не залежать від напруги.

Аналіз механічної характеристики асинхронного двигуна. На рис. 3.2 наведена механічна характеристика асинхронного двигуна. Її характерні точки:

1) , при цьому швидкість двигуна дорівнює синхронної;

2) , що відповідає номінальній швидкості й номінальному моменту;

3) — максимальний момент у руховому режимі;

4) — початковий пусковий момент;

5) — максимальний момент у генераторному режимі роботи паралельно з мережею.

При двигун працює в режимі гальмування проти включенням, при має місце генераторний режим роботи паралельно з мережею.

Необхідно підкреслити, що абсолютні значення ковзання S у руховому й генераторному режимах паралельно з мережею однакові.

Однак максимальні моменти в руховому й генераторному режимах різні. У генераторному режимі роботи паралельно з мережею максимальний момент за абсолютним значенням більше, що видно зі співвідношення

Якщо в рівнянні Клоса зневажити активним опором статора, то вийде широко відома формула Клоса, більше зручна для розрахунків:

тут _.

Позначивши кратність максимального момент через перевантажувальну спроможність _, одержимо:

В останнім вираженні перед знаком кореня для двигуна варто брати знак «+».

Аналіз формули Клоса показує, що при великих ковзаннях (неробоча частина характеристики) вийде рівняння гіперболи, якщо в цьому випадку зневажити другим членом знаменника, тобто

Ця частина характеристики практично відповідає лише пусковим і гальмівним режимам.

При малих значеннях ковзання для вийде рівняння прямої, якщо зневажити першим членом у знаменнику:

Ця лінійна частина характеристики є її робочою частиною, на якій двигун звичайно працює в сталому режимі. На цій же частині характеристики перебувають точки, що відповідають номінальним даним двигуна:

Статичне падіння (перепад) швидкості у відносних одиницях на природній механічній характеристиці асинхронного двигуна при номінальному моменті визначається його номінальним ковзанням. Номінальне ковзання залежить від опору ротора. Найменшим номінальним ковзанням при однаковій потужності й числі полюсів володіють звичайно двигуни з короткозамкненим ротором нормального виконання. У цих двигунів у силу конструктивних особливостей опір ротора має відносно невелике значення, що веде до зменшення значень критичного ковзання і номінального ковзання . По тим ж причинам при збільшенні потужності двигуна зменшується його номінальне ковзання й росте жорсткість природної характеристики.