3.6 Электромагнитный момент асинхронной машины.

Воспользуемся Г-образной схемой замещения, найдем

Так как мощность электрических потерь в роторе следует, что

где число фаз статора; число фаз ротора

Поставляя значение тока получаем:

(1)

Рассматривая идеальную машину, можно пренебречь механическими потерями, считать, что равен M – моменту на валу машины.

Преобразование энергии в электрических машинах происходит в воздушном зазоре, где сосредоточена энергия магнитного поля, электромагнитный момент приложен к зубцами статора и ротора.

На (Рис. 3.13) по (1) построена характеристика M=f(S) при

Рисунок 3.13 Зависимость

Важной характеристикой электрической машины является механическая характеристика. Механическая характеристика представляет собой зависимость M=f или M=f() или наоборот

Так как S= следовательно приведенный график по виду будут походить на механическую характеристику. Поэтому в учебнике «Электрические машины» Копылов Игорь Петрович называет M=f(S)- механической характеристикой.

Механическая характеристика представленная на рисунке охватывает все режимы работы асинхронной машины. Согласно (1) M=0 при S=0 и S=. Момент имеет максимум при S= т. е. при критическом скольжении. При увеличения скольжения от 0до ± момент по абсолютной величине растет, а затем уменьшается. При этом продолжает расти, но растет реактивная составляющая, а активная составляющая тока уменьшается. За счет увеличения тока уменьшается ЭДС и поток машины.

Можно определить приравняв

при этом получается

Поставляя значение определим для многополюсной машины.

(2)

Знак «+» относиться к двигательному, а знак «-» к генераторному режимам.

Для асинхронных машин единых серий и асинхронных машин большой мощности можно считать, что тогда где а

Как следует из (2) максимальный момент в генераторном режиме несколько больше, чем в двигательном. Кратность максимального момента асинхронного двигателя: большее значение принадлежат двигателю с меньшим числом полюсов.

При изменении максимальный момент не изменяется, а смещается в область больших значений S. При необходимости улучшение пусковых свойств асинхронного двигателя можно примененить ротор с пазом специального профиля, в которых происходит нелинейное изменение при вытеснение тока в пазах. Например, ротор с глубокими пазами, когда беличья клетка выполняется из стержней прямоугольного сечения (а), с двойной беличьей клеткой (б) (Рис. 3.14).

Рисунок 3.14 Пазы ротора асинхронного двигателя с улучшенными пусковыми свойством а) - глубокие пазы; б) двойная беличья кладка.

Выражение (1) для определения механической характеристики асинхронного двигателя громоздкое и для упрощенных расчетов неудобное. Немецким ученым М. Клоссом была предложена простая формула для описания механической характеристики асинхронного двигателя.

;

По формуле Клосса м. х. M=f(S) может быть построена с погрешностью

Во многих электроприводах желательно иметь пусковой момент асинхронного двигателя близкий к максимальному. Это обеспечивает механическая характеристика с повышенным сопротивлением в цепи ротора (Рис. 3.15).

Однако в номинальном режиме при такой механической характеристике (1) двигатель будет работать при большом скольжении, что связано с большими габаритами, потерями, низкими энергетическими показателями. Поэтому асинхронный двигатель с такой характеристикой используется редко. Двигателей единых серий имеют механические характеристики вида (2), обеспечивающие высокие энергетические показатели, когда.

Из анализа механических характеристик (Рис. 3.15) следует, что наиболее благоприятной механической характеристикой была бы характеристика, сочетающая свойства 1 и 2. Такой возможностью обладают асинхронные двигатели с фазным ротором, в которых имеется возможность включения в цепь ротора дополнительного сопротивления при пуске и закорачивания этого сопротивления при работе в номинальном режиме. Двигатель с фазным ротором более дорогие и выпускаются для электроприводов с тяжелыми условиями пуска. При подключении добавочного резистора к вторичной обмотке, установившееся значение пускового момента соответствует и равно

Пусковой момент пропорционален квадрату напряжения и зависит от Смещая за счет увеличения можно получить это имеет место при .

Рисунок 3.15 Механические характеристики асинхронного двигателя при различных сопротивлениях цепи ротора

Для устойчивой работы двигателя важное значение имеет перегрузочная способность двигателя. При колебаниях напряжение сети и момента нагрузки двигатель продолжает работать если имеется запас статистической устойчивости, определенный коэффициентом перегрузочной способности который в двигателях общепромышленного исполнения равен 1,7-2,2.