6.23. Рабочие характеристики асинхронных двигателей

К рабочим характеристикам асинхронного двигателя относятся зависимости скорости вращения вала двигателя, входного тока, входной мощности, механического момента на валу, коэффициента мощности и скольжения от мощности на выходе двигателя. Характеристики показывают изменение величин при изменении нагрузки двигателя.

Зависимость скорости вращения ротора двигателя от выходной мощности

Рис. 6.56

Эта характеристика (рис. 6.56) показывает изменение скорости вращения вала двигателя при изменении нагрузки двигателя. Для определения этой зависимости используем формулу для вычисления скольжения . Из формулы скольжения частота вращения ротора асинхронного двигателя . С другой стороны, скольжение равно отношению мощности потерь в обмотке ротора к электромагнитной мощности двигателя . Под электромагнитной мощностью понимают мощность, которая передается со статора на ротор посредством магнитного поля. Две приведенные формулы позволяют представить рассматриваемую зависимость аналитической формулой . Данная формула спра­ведлива в том случае, когда пренебрегают механическими и дополнительными потерями.

Если машина работает в режиме идеального холостого хода , потери в обмотке ротора равны нулю. Если асинхронный двигатель работает в режиме реального холостого хода, электромагнитная мощность равна сумме мощности потерь в обмотке ротора и мощности механических потерь.

Зависимость представляется кривой, имеющей малый наклон по отношению к оси абсцисс. Такого вида характеристика относится к жестким характеристикам, и на своем начальном участке она напоминает аналогичную характеристику двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением (см. рис. 6.56).

Зависимость механического момента на валу двигателя от выходной мощности

Рис. 6.57

При работе двигателя в номинальном режиме механический момент, развиваемый двигателем, равен сумме момента на валу двигателя и момента сопротивления, обусловленного трением и дополнительными потерями . В приведенной формуле  используемый момент сопротивления, а  мо­мент сопротивления двигателя, работа­ющего в режиме холостого хода. При изменении режима от холостого хода до номинальной нагрузки скорость вращения изменяется незначительно, а характеристика является почти прямой линией (рис. 6.57).

Зависимость кпд двигателя от выходной мощности

Как и все электрические машины, асинхронные двигатели имеют механические потери, потери в обмотках, потери в магнитопроводе и дополнительные потери. Потери в обмотках двигателя изменяются пропорционально квадрату тока, а потери в сердечнике изменяются пропорционально квадрату приложенного напряжения. При анализе зависимости КПД от нагрузки предполагается, что напряжение на зажимах двигателя равно номинальному напряжению.

Мощность, потребляемая двигателем из сети , распределена в двигателе следующим образом:

,

где и  мощности потерь на нагревание обмоток статора и ротора соответственно,

 мощность потерь на перемагничивание и вихревые токи магнитопровода статора,

и  мощность потерь на трение и мощность дополнительных потерь соответственно,

 полезная мощность на выходе асинхронного двигателя.

Рис. 6.58

С увеличением нагрузки сумма потерь несколько снижается вследствие уменьшения общего магнитного потока и скорости вращения. Это уменьшение не превышает 4…8 %, и поэтому они отнесены к постоянным потерям в двигателе. Мощности потерь в обмотках статора и ротора пропорциональны квадрату тока, поэтому при увеличении механического момента сопротивления этот вид потерь увеличивается по параболической зависимости.

Электрические машины проектируют с учетом того, что в большую часть времени они работают с недогрузкой. Поэтому коэффициент полезного действия большинства электрических машин максимален тогда, когда постоянные потери равны переменным потерям, что составляет примерно 75 % номинальной мощности двигателей (рис. 6.58).