3.4 Механическая характеристика асинхронной машины

Электромагнитная мощность (Р_эм) (пересекающая воздушный зазор) равна произведению электромагнитного момента (М_эм ) и угловой скорости магнитного поля (₀): Р_эм = М_эм^.₀, а механическая мощность - произведению электромагнитного момента (М_эм ) на угловую скорость ротора (): Р_мех = М_эм^.. Разность между ними равна электрическим потерям в роторе:

Р_эм - Р_мех = Р_эл2, или

М_эм^.₀ - М_эм^. = М_эм^.(₀ - )^.₀/₀ = Р_эм^.s = Р_эл2 (3.9)

Из (9) следует, что скольжение равно отношению электрических потерь в роторе (Р_эл2) к электромагнитной мощности (Р_эм):^. s = Р_эл2/ Р_эм, откуда получаем (используя также (5)) формулу для электромагнитного момента асинхронной машины:

М_эм = Р_эл2 / (s^.₀) = m₁^.I₂’^2.R₂’/(s^.₀) = (3.10)

Формула (3.10) является базовой при анализе электромеханических свойств асинхронного электропривода. Видно, что момент трехфазной (m₁ = 3) является функцией трех переменных – напряжения (U₁) и частоты сети (f), а также скольжения s. Кроме того, на момент влияют параметры схемы замещения (R₁, R₂’ и L_k).

а) б)

Рис. 3.4 Характеристики асинхронной машины: а) Зависимости (М) и (I₂’) для тормозного

( < 0), двигательного (0 <  < _o) и генераторного (_o < ) режимов; б) Зависимости s(M), s(I₂’), и s(I_2a’) для двигательного режима. Кривая активной составляющей роторного тока показана штриховыми линиями.

На рис.3.4 даны зависимости приведенного тока ротора и электромагнитного момента в функции угловой скорости (0 < < ), построенные для АД типа 4А112М4, имеющего следующие номинальные данные: число фаз m₁ = 3; число пар полюсов р = 2 (четырехполюсная машина); мощность (имеется в виду отдаваемая мощность) Р_н = 5.5 кВт; номинальный момент М_н = 36.3 Нм; фазные напряжение и ток U_н =220 В, I_н = 11.5; частота сети f_н = 50 Гц; активные сопротивления обмоток статора и ротора (приведенное) R₁ = 1.24 Ом и R₂’ = 0.935 Ом, а также X_k = 3.98 Ом.

Характерные точки механической характеристики s(M): точка идеального холостого хода

(s = 0,  = _о, М = 0), точка короткого замыкания (s = 1,  = 0, М = М_п) и точка критического момента (экстремума) (s = s_к ,  = _к, М = М_к).

Важной особенностью механической характеристики (М) асинхронного двигателя является наличие экстремума (перегиба) в критической точке М_к, _к и s_k. В нашем примере (рис.3.4) критические момент и скорость (в относительных единицах) равны: М_ко=2.15 и _к= 122 и s_k = 0.22.

При уменьшении скорости ниже критической момент падает, несмотря на рост тока. Это объясняется тем, что момент создается не всем током ротора, а только его активной составляющей, которая уменьшается при повышении скольжения и частоты в роторе (см. рис.3.4).

Ниже приведены формулы для расчета М_мах и s_k:

(3.11)

причем здесь знак «+» относится к двигательному режиму, а знак «-» - к генераторному.