12. Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Под механической характеристикой асинхронного двигателя понимают зависимость вращающего момента М от скольжения s или от частоты вращения n. Механическая характеристика является основной для двигателя. Механическая мощность, которая передается на вал асинхронного двигателя может быть определена из схемы замещения: она определяется активной мощностью сопротивления (см. рис. 2.19.). Тогда:

. (2.75.)

Механическая мощность связана с частотой вращения ротора и моментом зависимостью:

. (2.76.)

Частота вращения ротора связана с частотой сети зависимостью (см. п. 2.7.):

. (2.77.)

Выразив из (2.76.) момент М и подставив в полученное выражение формулу для получаем:

(2.78.)

или с учетом (2.75.):

. (2.79.)

Если ток намагничивания тогда (см. рис. 2.19.) и по закону Ома действующее значение тока определится как:

. (2.80.)

С учетом этого выражение для механической характеристики асинхронного двигателя (2.79.) примет вид:

. (2.81.)

Как видно из формулы момент прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения U₁ и числу пар полюсов p. Каждая пара полюсов создает момент на валу двигателя. Момент обратно пропорционален активным сопротивлениям и , и реактивным сопротивлениям рассеяния и . Чем они больше, тем меньше момент.

Значение вращающего момента в сильной степени зависит от индуктивных сопротивлений рассеяния и . Их влияние учитывается коэффициентом рассеяния , который как и в трансформаторах определяется как:

. (2.82.)

Если и равны нулю, то также равен нулю.

Вид механической характеристики асинхронной машины представлен на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Механическая характеристика асинхронной машины.

Поскольку любая электрическая машина обладает свойством обратимости, т.е. может работать как в качестве генератора так и в качестве двигателя, выделяют три режима работы двигателя: 1) двигательный режим, когда ; 2) генераторный режим, когда s<1; 3) тормозной режим, когда s>1.

Рассмотрим более подробно двигательный режим.

Рис. 2.21. Механическая характеристика асинхронного двигателя.

Точка 1 на рис.2.21. когда М=0 соответствует идеальному холостому ходу. Такой режим возможен, если приложенный к двигателю момент равен моменту трения. В этом случае частота вращения В.М.П. совпадает с частотой вращения ротора, т.е. скольжение равно нулю. Точка 2 соответствует случаю при котором частота вращения ротора равна нулю, а момент М=М_ПУСК. Эта точка характеристики соответствует начальному пусковому периоду когда ротор еще не вращается. Скольжение в этом случае (см. зависимость 2.38.) равно 1. Пусковой момент в этом случае определится из (2.81.):

. (2.83.)

Одним из недостатков асинхронных двигателей является низкий пусковой момент, если не принять соответствующие меры. В качестве таких мер используют: а) выбор материала обмотки ротора с высоким сопротивлением; б) специальную конфигурацию паза обмотки ротора (делают глубокий паз); в) двойную беличью клетку. Для учета пускового момента при выборе двигателя в каталогах обычно приводят кратность пускового момента равную .

Рассмотрим точку 3. Эта точка соответствует максимальному моменту двигателя М=М_MAX, а скорость вращения ротора, соответствующая данному случаю, называется критической n=n_крит. Критической скорости вращения соответствует критическое скольжение s_крит. Эта точка разбивает всю характеристику на два участка: рабочий - от n=n_синхр (точка 1) до n=n_крит (точка 3); и участок неустойчивой работы (от точки 3 до точки 2). Чтобы найти формулу для нахождения максимального момента, необходимо продифференцировать зависимость по s и приравнять ее к нулю. Получаем выражение для s_крит:

. (2.84.)

После чего подставив данную зависимость в выражение для момента (2.81.) вместо s находим формулу для максимального момента:

. (2.85.)

Как видно из формулы максимальный момент не зависит от сопротивления роторной обмотки R₂.

Для учета максимального момента при выборе двигателя в справочниках обычно приводится кратность максимального момента .

Рассмотрим точку 4. Для этой точки характерно n=n_ном и М=М_ном. Эта точка на механической характеристике соответствует номинальному режиму, т. е. такому режиму, на который двигатель проектируется.

Проанализируем влияние отдельных параметров на работу асинхронного двигателя:

1) Сопротивление обмотки ротора R₂. От данного параметра зависит s_крит и М_пуск, М_мах от R₂ не зависит. Семейство рабочих характеристик, которые получаются при изменении R₂ представлены на рис. 2.12.3. Как видно из графиков при уменьшении значения R₂ происходит уменьшение начального пускового момента М_пуск ,что нежелательно. Значение R₂ при пуске двигателя должно быть “большим”, но при работе двигателя в номинальном режиме должно быть “маленьким” для обеспечения более высокого К.П.Д.