5.4. Принцип действия асинхронного двигателя

Прежде чем изучать механические характеристики асинхронного двигателя, уместно кратко напомнить принцип его действия.

Трехфазный переменный ток, протекающий по обмотке статора, создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого

, (1)

где f — частота тока; р — число пар полюсов вращающегося поля.

Это поле индуктирует в обмотке ротора э.д.с. Е_2к под действием, которой потечет ток

(2)

где — полное сопротивление обмотки ротора, Ом.

Взаимодействие тока ротора с вращающимся магнитным полем создает вращающий электромагнитный момент

, (3)

где k — конструктивный коэффициент машины; f— угол между э.д.с. и током ротора.

Под действием этого момента ротор вращается с частотой вращения nменьшей, чем частота вращения поля. Относительная разность этих частот вращения называется скольжением:

, (4)

Э. д. с. и частота тока во вращающемся роторе зависят от скольжения:

, (5)

. (6)

Известно, что для устойчивой работы любого механического двигателя (дизеля турбины) требуется автоматический регулятор частоты вращения. Электрические же двигатели обеспечивают устойчивую работу без дополнительных регуляторов. Эта их особенность называется саморегулированием, которое у асинхронных двигателей выглядит следующим образом.

Двигатель развивает вращающий момент, равный моменту сопротивления, и частота вращения его постоянна. При увеличении момента сопротивления частота вращения начинает падать, а значит, увеличиваются скольжение, э.д.с., ток ротора и вращающий момент двигателя. Все это происходит до тех пор, пока вращающий' момент вновь будет равен моменту сопротивления: Кратко все это можно записать следующим образом:

;.

Механическая характеристика асинхронного двигателя (рис.5.7) является сложной кривой, у которой выделяются два участка: аб — рабочая часть, вб — пусковая. Саморегулирование двигателя происходит только на рабочей части характеристики.

Рис.5.7. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Наибольший момент М_мах, развиваемый двигателем, называется максимальным (опрокидывающим, критическим). Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью двигателя, которая для большинства двигателей лежит в пределах 1,7—2,5, а для некоторых типов достигает 3,4.

Отношение называется кратностью пускового момента, которая допускается в пределах 0,9—2. Кратность пускового токадля различных двигателей лежит в пределах 4-8.

При включении реостата в цепь обмотки ротора максимальный момент двигателя не изменяется, но возрастает наклон рабочей части механической характеристики, т. е. уменьшается ее жесткость.

Очень важно помнить, что максимальный момент двигателя пропорционален квадрату напряжения сети. При снижении подаваемого напряжения резко уменьшается перегрузочная способность двигателя, увеличиваются скольжение и потери энергии в цепи ротора. Практически такая ситуация возникает при включении резисторов и дросселей последовательно в обмотку статора.

Механическая характеристика синхронных двигателей является прямой, параллельной оси абсцисс. Это значит, что при изменении нагрузки на валу синхронного двигателя его частота вращения абсолютно не изменяется. При чрезмерной перегрузке двигатель выпадает из синхронизма и останавливается.