14.15. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Механическая характеристика наглядно показывает свойства асин­хронного двигателя как части электропривода. Но для более пол­ного выявления свойств самого двигателя служат его рабочие харак­теристики — так принято называть зависимости от полезной мощ­ности Р₂ двигателя на валу частоты вращения, п, вращающего мо­мента М, коэффициента мощности cos ф> и КПД = P₂/P₁. Все рабочие

характеристики снимаются при номинальных частоте сети f и напряжении между выводами статора U₁ = U_1HOM.

Так как Р₂ Р_мех, а Р_мех = M_р, то зависимость п (Р₂) —ско­ростная характеристика — мало отличается по форме от механиче­ской характеристики двигателя п (М), она тоже может быть названа жесткой (рис. 14.29).

Вращающий момент М, развиваемый двигателем, складывается из полезного момента М₂ (преодоления нагрузки на валу двигателя) и момента холостого хода М_х. Последний затрачивается на покрытие механических потерь двигателя. Этот момент можно приближенно считать не зависящим от нагрузки двигателя. Полезный момент М₂ = Р₂/_р, и если бы _р была строго постоянна, то зависимость М₂ (Р₂) была бы линейна, но углоьая скорость двигателя немного уменьшается с увеличением Р₂, поэтому график зависи­мости М₂ (Р₂) немного отклоняется вверх. Соответственно график вращающего момен­та М (Р₂), складывающегося из момента хо­лостого хода и полезного момента, пересекает ось ординат в точке, соответствующей М_х, а затем он почти прямолинеен и лишь немно­го изгибается вверх.

Что касается зависимости cos ф₁ двигателя от нагрузки, то его изменения обусловлены следующими соотношениями. Намагничивающий ток двигателя мало зависит от нагрузки, так как ее увеличение вызывает лишь возрастание потокосцеплений рассеяния, про­порциональных токам в обмотках статора и ротора» а главный маг­нитный поток машины при возрастании нагрузки незначительно уменьшается. Но активный ток двигателя пропорционален его меха­нической нагрузке. Таким образом, с увеличением нагрузки двига­теля относительное значение реактивного тока быстро убывает, a cos ф! увеличивается. При холостом ходе двигателя его коэффи­циент мощности довольно низок — примерно 0,2. С увеличением нагрузки он быстро возрастает и достигает максимального значе­ния (0,7—0,9) при нагрузке, близкой к номинальной. Таким обра­зом, даже у полностью загруженного двигателя реактивный ток составляет 70—40 % тока статора.

Неполная загруженность асинхронных двигателей является одной из главных причин низкого cos ф промышленных предприятий. Есте­ственным способом повышения cos ф является полная загрузка асин­хронных двигателей. Главный магнитный лоток двигателя пропор­ционален напряжению на статоре (14.11 б). Намагничивающий ток, возбуждающий этот поток, при заданном значении потока обратно пропорционален магнитному сопротивлению на пути потока. В этом магнитном сопротивлении большую часть составляет сопротивление воздушного зазора между статором и ротором. По этой причине кон­структор стремится сократить этот зазор до минимума, определяемого условиями подвижности в подшипниках и необходимым запасом на их износ, прогибом вала и точностью центровки. С увеличением номинальной мощности двигателя необходимый воздушный зазор возрастает значительно медленнее этой мощности, благодаря чему с повышением номинальной мощности двигателя его cos ф увеличи­вается. С уменьшением номинальной частоты вращения двигателя увеличивается его магнитный поток, так как при меньшей частоте вращения он индуктирует в фазной обмотке статора меньшую ЭДС. Следовательно, у тихоходных двигателей намагничивающий ток относительно больше, a cos ф существенно меньше.

Коэффициент полезного действия определяется отношением полез­ной мощности на валу Р₂ к мощности Р₁ определяющей потребление двигателем энергии из сети:

= Р₂ / Р₁.

Мощность Р₁ равна сумме полезной мощности и мощности всех потерь в двигателе:

P₁= Р₂+ Р_пот.

Мощность всех потерь энергии в двигателе можно разделить на постоянную составляющую, практически не зависящую от нагрузки, и переменную составляющую, зависящую от нее.

Мощностью постоянных потерь энергии в двигателе можно счи­тать мощность потерь в сердечнике статора на гистерезис и вихревые токи и мощность механических потерь, которая определяется экспе­риментально из опыта холостого хода двигателя.

Мощностью переменных потерь энергии в двигателе является мощность потерь на нагревание проводников обмоток статора и ро­тора, она равна:

Р_пр1=3r_в1I²₁, P_пр2=т₂r_в2I²₂.

Своего максимального значения (65—95 %) КПД достигает, когда переменные потери равны постоянным (см. § 8.9). У большинства двигателей этот максимум КПД имеет место примерно при нагрузке, равной 75 % номинальной, так как двигатели проектируются с уче­том того обстоятельства, что далеко не всегда они полностью загру­жены.