2.10. Добавочные электромагнитные моменты

Наряду с основным электромагнитным моментом, возникающим в результате взаимодействия основной гармонической составляющей поля взаимной индукции с индуцированными в обмотке ротора, на ротор асинхронной машины действует ряд добавочных электромагнитных моментов различной физической природы, которые могут оказывать существенное влияние на механическую характеристику.

Асинхронные моменты по своей природе аналогичны основному электромагнитному моменту, но связаны с взаимодействием высших гармонических составляющих поля статора с токами, индуцированными ими в обмотке ротора. Асинхронные моменты вызывают искажение (провал) механической характеристики, что может затруднить процесс разгона двигателя при пуске и вызвать «застревание» ротора на малой частоте вращенияю Наибольшую опасность добавочные асинхронные моменты представляют при короткозамкнутой обмотке ротора. Эффективным средством ослабления асинхронных моментов при изолированной короткозамкнутой обмотке является скос пазов в пределах зубцового деления.

Синхронные электромагнитные моменты – это добавочные моменты, которые возникают в результате взаимодействия двух независимых высших гармоник одинакового порядка, одна из которых создана током статора частоты, а вторая – током ротора, изменяющимся с частотой. Синхронные моменты менее опасны, чем асинхронные, действуют при пуске в малом диапазоне скольжений и могут быть легко преодолены за счет кинетической вращающегося ротора. Во избежание значительных синхронных моментов необходимо, чтобыи, где– количество пазов. Для ослабления вредного влияния синхронных моментов прибегают к скосу пазов ротора на зубцовое деление.

Реактивные моменты – это моменты, действующие на ферромагнитное тело (ротор) в магнитном поле и стремящиеся повернуть его в положение, соответствующее наибольшей проводимости магнитной цепи. Возникновение реактивных моментов может быть вызвано двумя различными причинами. Если числа зубцов статора и ротора одинаковы, , то зубцы статора и ротора под воздействием магнитного поля взаимной индукции стремятся расположиться друг против друга. Если число полюсов первой зубцовой гармоники поля статора совпадает с числом зубцов ротора, то зубцы ротора стремятся расположиться против полюсов первой зубцовой гармоники магнитного поля статора.

Вихревой момент появляется в результате взаимодействия вихревых токов, индуцированных в теле магнитопровода, с главным магнитным полем.

Гистерезисный момент появляется вследствие гистерезиса стали магнитопровода ротора, который приводит к запаздыванию в перемагничивании ротора по отношению к полю, перемещающемуся относительно ротора.

2.11. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя – это зависимости ,,,,,от полезноймеханической мощности при постоянных напряжениии частоте.Типичные рабочие характеристики асинхронного двигателя представлены в относительных единицах на рисунке.

Рис. Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

При увеличении нагрузки, характеризуемой механической мощностью , изменяются токи угол. Соответственно при увеличениикоэффициент мощностиизменяется отпридо максимального. Обычно максимальный коэффициент мощностинаблюдается при токе, близком к номинальному, который составляет 0,7–0,9. При уменьшении нагрузки до 0,5 он снижается примерно на 0,1.

Максимальный КПД двигателя соответствует режиму, в которомпостоянные потери (,), мало зависящие от нагрузки, равны переменным потерям (,,) изменяющимся при нагрузке, что аналогично трансформатору. Двигатель проектируется таким образом, чтобы максимальный КПД получался при некоторой недогрузкев пределах 0,5–1,0. Тогда в этом диапазоне нагрузок КПД остается почти постоянным и составляет для общепромышленных двигателей 0,75–0,95.

При изменении нагрузки частота вращения двигателя изменяетсянезначительно от до, т.е. на несколько процентов. Поэтому асинхронный двигатель обладает«жесткой» механической характеристикой.

Скоростная характеристика . При увеличении полезной нагрузки на валускольжениерастет от нуля до, составляющей 2–8 %. Поскольку, то скоростная характеристика имеет небольшой наклон к оси абсцисс, ее форма близка к прямолинейной.

Зависимость определяется выражением

. При изменении полезной нагрузки на валудо номинальной частота вращения практически равна синхронной, поэтому момент практически прямопропорционален мощности .

Зависимость . Ток статоравсегда имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля, поэтому коэффициент мощностиасинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму холостого хода, когдаи, и обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая токаи коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения 0,70–0,90 при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки приводит к уменьшению, что вызвано ростом индуктивного сопротивления ротора.

КПД асинхронного двигателя максимален в режиме, при котором постоянные потери (,) равны переменным потерям (,,). Двигатель проектируется таким образом, чтобы максимальный КПД получался при некоторой недогрузкев пределах 0,5–1,0. В этом диапазоне нагрузок КПД остается почти постоянным и составляет для общепромышленных двигателей 0,75–0,95.