5.2 Обертовий момент та механічна характеристика асинхронного двигуна

Електромагнітний (обертовий) момент АД пропорційний магнітному потоку та струму ротора.

, (5.3)

де – зсув фаз між ЕРС та струмом.

m₂ – кількість фаз обмотки ротора.

– стала машини (залежить тільки від конструктивних особливостей машини).

Рівняння механічної характеристики має вигляд

. (5.4)

Це рівняння називають спрощеною формулою Клосса,

де – максимальний момент;

– критичне ковзання АД, при якому електромагнітний момент набуває максимального значення.

Наведені рівняння дають змогу побудувати механічні характеристики (природну та штучну).

Природна механічна характеристика – це характеристика АД із КЗ ротором (опір обмотки ротора практично дорівнює R₂ ≈ 0).

Штучна характеристика – це характеристика АД з опором обмотки ротора R₂ > 0 (фазний ротор).

Залежність М(S) асинхронних машин має вигляд, зображений на рисунку 5.4.

М

Режим генератора

1 2 S

Режим двигуна Режим електромагнітного гальма

Рисунок 5.4 – Електромагнітний момент асинхронного двигуна

Як і всі електричні машини, асинхронні машини оборотні. У режимі 0 < S < 1 АМ працює як двигун. При від’ємному значенні ковзання (швидкість ротора більша за швидкість обертання поля) АМ працює як генератор. Якщо зовнішня сила обертає ротор проти напрямку обертання поля (S > 1), АМ працює як електромагнітне гальмо.

Механічна характеристика – це залежність швидкості обертання ротора від електромагнітного моменту, тобто n₂ = f(M).

Стосовно асинхронного двигуна механічна характеристика така, як наведено на рисунку 5.5.

s n₂

S

Робоча ділянка

Стійка

робота

= 0 n₁

S = S_ном n_ном М_ном

S = S_kp n_kp М_мах (М_кр) [нестійка робота]

S = 1

M = 0 M_пуск.

Рисунок 5.5 – Механічна характеристика режиму двигуна

Вона визначає експлуатаційні можливості АД.

При n₂ = 0 здійснюється пуск АД.

При s = 0 (ротор наздогнав поле) n₂ = n₁, M = 0.

У межах 0 < s < s_kp швидкість обертання несуттєво залежить від моменту опору. Ця частина характеристики вважається жорсткою.

У межах s_kp < s < 1 – м’яка механічна характеристика.

Пусковий момент менший, ніж номінальний. Тому необхідно, щоб момент опору був меншим, ніж пусковий, тобто

М_пуск > М_опору.

Таким чином, двигун доцільно пускати розвантаженим.

Практично в АД номінальний момент становить М_ном = 0,5М_мах.

Асинхронні двигуни конструюються так, що максимальний ККД забезпечується при навантаженні, трохи меншому за номінальне.

ККД асинхронних двигунів досить високий (80 – 90%). У потужних асинхронних двигунів ККД = 90 – 96%.

Максимальний момент АД не залежить від активного опору ротора. Стійкість роботи АД характеризується його перевантажувальною здатністю . Для АД із КЗ ротором λ = 1,7…2,8.

5.3 Асинхронний двигун із фазним ротором

Фазний ротор (або ротор з контактними кільцями) має трифазну обмотку (аналогічна обмотці статора). Вона з’єднується «зіркою»! Кінці обмотки приєднуються до трьох контактних кілець, які встановлені на валу ротора. На кільцях установлюються щітки, що електрично з’єднуються з трифазним реостатом (R_п). Це дозволяє штучно збільшувати опір обмотки ротора (рис. 5.6).

Рисунок 5.6 – Будова асинхронного двигуна з фазним ротором

Асинхронний двигун із фазним ротором має кращі умови пуску. Вираз для електромагнітного моменту має вигляд

М = С Ф_m І₂ cosψ₂, (5.5)

де ψ₂  зсув фаз між ЕРС та струмом у роторі.

Якщо ввімкнути трифазний реостат послідовно з обмоткою ротора, то збільшиться опір R₂, зменшиться ψ₂, зросте пусковий момент і поліпшаться умови пуску. Зміна опору реостата (введення реостата) дає змогу змінювати швидкість обертання ротора.

Зміна механічної характеристики двигуна із уведенням реостата виявляється таким чином (рис. 5.7).

Рисунок 5.7 – Механічні характеристики асинхронного двигуна з фазним ротором

При збільшенні додаткового опору характеристика стає більш м’якою, а пусковий момент зростає.

Характеристики (рис. 5.7) не економічні, тому що значна кількість енергії в реостаті перетворюється в тепло. Тому АД із фазним ротором застосовуються лише при великих потужностях та високих вимогах до електропривода.