8.4 Вращающий момент асинхронного двигателя

Вращающий момент любого электрического двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля и проводников с током. В двигателе постоянного тока вращающий момент выражается формулой

В асинхронном двигателе вращающий момент выражается аналогичной формулой. Нужно только установить, какое значение тока должно быть использовано. Полный ток в обмотке ротора состоит из активной и реактивной составляющих. Допустим, что активная составляющая тока ротора равна нулю. Тогда, несмотря на наличие ЭДС и тока в обмотке ротора, активная мощность этой обмотки была бы равна нулю. Но ротор, не потребляющий активной мощности, не может создавать вращающего момента, так как момент и равен нулю при Р=0. Следовательно, реактивная составляющая тока ротора не участвует в создании вращающего момента и можно написать , т. е. вращающий момент асинхронного двигателя пропорционален результирующему магнитному потоку и активной составляющей тока в обмотке ротора. Коэффициент пропорциональности с зависит от конструктивных параметров двигателя.

Необходимо установить, как зависит вращающий момент от скольжения двигателя. Подставим в формулу для момента значения и :

Как и следовало ожидать, при S=0 вращающий момент исчезает. При вращающий момент также обращается в нуль. Таким образом, с увеличением скольжения от нуля вращающий момент увеличивается, достигает максимума, а с дальнейшим возрастанием s до бесконечности снова стремится к нулю. Задаваясь различными значениями скольжения, можно построить график зависимости M(s), который представлен на рис. 8.13. На графике выделены три момента: номинальный вращающий момент , максимальный момент и пусковой момент

Номинальный момент обычно соответствует скольжению , максимальный момент — (это скольжение называют оптимальным — s_опт) пусковой момент — s = 100%. Обычно асинхронный двигатель рассчитывают так, чтобы максимальный момент в 2—3 раза превышал номинальный, а пусковой момент примерно был равен номинальному. Небольшое значение пускового момента — один из существенных недостатков асинхронного двигателя.

Кривая М (s) разделена на два участка: OA и АВ. Участок от точки О до точки А соответствует устойчивым режимам работы асинхронного двигателя: с увеличением момента нагрузки частота вращения двигателя замедляется, скольжение увеличивается и, как видно из графика, возрастает вращающий момент. Новое положение равновесия достигается, когда вращающий момент становится равным тормозному. При этом двигатель устойчиво вращается с уменьшенной частотой.

Участок АВ соответствует неустойчивым режимам работы двигателя: с увеличением момента нагрузки скольжение увеличивается, вращающий момент

уменьшается, скольжение возрастает еще больше и т. Д. Двигатель останавливается и начинает быстро нагреваться, так как при s = 1 его пусковой ток в б—7 раз превышает номинальное значение.

Зависимость частоты вращения двигателя от момента на валу М при постоянных напряжении питания и частоте сети называют механической характеристикой (рис. 8.14). Она может быть снята экспериментально и легко получена на основании графика M(s). С увеличением момента нагрузки частота вращения двигателя уменьшается незначительно. Если момент нагрузки превысит максимальный, то частота вращения двигателя лавинообразно уменьшится до нуля.

Частота вращения асинхронного двигателя зависит от напряжения питания. Можно показать, что вращающий момент М пропорционален квадрату напряжения питания. Поэтому даже небольшие колебания напряжения питания приводят к заметному изменению вращающего момента и частоты вращения двигателя.