2.4. Вращающий момент асинхронной машины

2.4.1. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины

Для вывода формулы этого момента предварительно рассмотрим энергетическую диаграмму асинхронного двигателя (рис.1).

1. Активная потребляемая мощность из сети

2. В статоре имеются потери в обмотках

и магнитные потери Р_мг, которые определяются из опыта холостого хода (см. рис.2).

3. Р_эм– электромагнитная мощность

,

она электромагнитным путем передается на ротор. В роторе потерями в стали пренебрегаем, т.к. f = (2 - 3)Гц.

4. Потери в обмотке ротора Р_эл2определим ниже. Р_мех– механические потери определяем из рис.2. Р_доб– добавочные потери принимаются равными 0,5% от Р₁. Р_мех- полная механическая мощность.

Мощность на валу

КПД -

М - электромагнитный момент, создаваемый в результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в роторе (предварительное определение). Электромагнитный момент двигателя должен уравновесить момент на валу – М₂и момент холостого хода М = М₂+ М₀.

Выразим электромагнитную и полную механическую мощность через электромагнитный момент.

P_эм= M₁,

где ₁- угловая скорость поля статора.

P_мех= M,

где - угловая скорость ротора.

Потери в обмотке ротора

итак .

Потери в меди (алюминии) обмотки ротора зависят от электромагнитной мощности и скольжения и прямо от параметров не зависят. Для уменьшения этих потерь номинальное скольжение должно быть как можно меньше.

Исходя из этого выражения, получим формулу электромагнитного момента

, откуда(1).

Используя Г-образную схему замещения получим

(2)

Подставив уравнение (2) в уравнение (1) получим

если , тогда

. Зависимость M = f(S)

Зависимость электромагнитного момента от скольжения называется механической характеристикой. Из выражения видно, что электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от U²квадрата подведенного напряжения, т.е. если U уменьшить на 10%, то момент уменьшится на 19%. При постоянных параметрах схемы замещения зависимость электромагнитного момента от скольжения представлена на рис.3.

Пояснение зависимости M = f(S).

Область от S = 0 S_кр

При малом скольжении X_2S0, тогда ток в ротореактивному току, с увеличением SM

Момент зависит от потока и активной составляющей тока в роторе

В области M_maxначинает проявляться индуктивное сопротивление X_2S.

Область скольжений S = S_кр1

В этой области с увеличением скольжения S увеличивается индуктивное сопротивление ротора X_2S= X₂S засчет которого увеличивается угол₂между ЭДСи током (см. рис. 4), активная составляющая при этом уменьшается, а cледовательно уменьшается и момент, т.е. SX_2SM

На рис.3 ток, при S = 1 равен пусковому, который в 5-7 раз больше номинального. При S = 0 ток I₁  0, т.к. при S = 0 двигателем потребляется реактивная мощность для создания вращающего поля, кроме того, двигателем потребляется активная мощность на покрытие потерь в статоре.

При S = 0 ток ротора , т.к.

Кривая зависимости M = f(S) характеризуется тремя моментами:

а) Пусковой момент М_ппри S = 1

б) Максимальный момент М_maxS_кр

в) Номинальный момент М_НS_Н

Отношение максимального (критического) момента к номинальному, называется перегрузочной способностью