3.4. Энергетическая диаграмма и вращающий момент трехфазного асинхронного двигателя

Рассмотрим преобразование электрической мощности, подводимой к статору двигателя с помощью энергетической диаграммы, что позволит получить выражение для вращающего момента АД.

Подводимая к статору АД мощность определяется по формуле

, (3.14)

где - фазные напряжение и ток; - мощность потерь в меди обмоток статора; - мощность потерь в стали статора;

Рис.3.7

- электромагнитная мощность, передаваемая электромагнитным путем от статора через зазор ротору двигателя; - полная механическая мощность; - мощность потерь в меди обмоток ротора; - полезная механическая мощность на валу двигателя; - мощность механических потерь, состоящая из мощности потерь на трение в подшипниках и мощности вентиляционных потерь; - мощность добавочных потерь, включающая мощности пульсационных и поверхностных потерь, возникающих в зубцах статора при вращении ротора вследствие пульсации проходящего через зубец потока.

Моменту холостого хода соответствует мощность

,

где - угловая скорость ротора АД.

Из диаграммы следует, что полная механическая мощность

.

Вращающий момент двигателя создается в результате взаимодействия ВМП статора и тока в роторе. ВМП вращается с частотой . Поэтому развиваемая им электромагнитная мощность . Так как , то . (3.15)

Тогда из выражения (3.15) вращающий момент

(3.16)

Подставляя значение из выражения (3.13) в (3.16), получим

(3.17)

где - результирующее реактивное сопротивление рассеяния фазы АД.

В соответствии с формулой (3.17) зависимость вращающего момента АД от

скольжения S представлена на рис. 3.8, где – пусковой момент; – максимальный момент; – критическое скольжение, соответствующее . При S=0 ротор “догоняет” ВМП статора и М=0. Ротор начинает затормаживаться и его скольжение возрастает до номинального.Если из выражения (3.17) найти производную

Рис.3.8

и положить ее равной нулю, то можно определить максимальный момент АД и

, (3.18)

. (3.19)

Выражение (3.18) удобно представить в виде

. (3.20)

3.5. Особенности пуска трехфазных ад

Особенности пуска АД заключаются в том, что наряду с проблемой ограничения пускового тока, возникает проблема увеличения пускового момента, т.к. пусковой ток , а .

Первая задача иногда решается пуском АД на холостом ходу с последующим подключением нагрузки с помощью электромагнитных муфт.

Рис. 3.10

Вторая задача – увеличение пускового момента, решается путем увеличения активного сопротивления цепи ротора на время пусковой операции. Такое увеличение r₂ можно реализовать:

– в АД с фазным ротором, характеристики которого показаны на рис. 3.9;

– в АД с КЗ-ротором, имеющим глубокий паз ( рис. 3.10).

Частота индуцированного в КЗ-роторе тока при пуске максимальна. Поэтому ток протекает лишь в верхнем слое паза ротора, т.е. за счет поверхностного эффекта полезное сечение паза “уменьшается”, что приводит к искусственному увеличению активного сопротивления ротора на время пуска АД. При разгоне двигателя частота снижается, полезное сечение паза возрастает, что приводит к уменьшению r'₂ до номинального значения.