Цим значенням активних опорів роторної обмотки відповідають чотири механічні характеристики (1, 2, 3, 4) двигуна, показані на рис. 4.19. Пуск двигуна здійснюють при повністю включеному реостаті (при r₂₄), тобто за характеристикою 4 (при М_п = М_mах). По мірі розгону двигуна електромеханічний момент зменшується. В момент досягнення обумовленого значення M_mіn відключають r_d3, тобто зменшують опір кола ротору до r₂₃. Це призводить до стрибкоподібного збільшення обертального моменту двигуна до М_mах – двигун переходить на механічну характеристику 3. Далі, при відключенні r_d2 двигун продовжує розганятися за характеристикою 2, а при відключенні r_d1 (замиканні роторної обмотки на коротко) – за характеристикою 1.

Таким чином, при стрибкоподібному у часі зменшенні опору пускового реостату обертальний момент М_ем і подібно до нього струм ₁ статорних обмоток двигуна змінюються в обумовлених інтервалах: М_min  М_ем  М_maх та _1min  ₁  _1maх. За таких умов частота обертання ротора збільшується до робочої за ламаною кривою.

4.1.10. Регулювання частоти обертання ротора трифазних асинхронних двигунів.

Рис. 4.19. Зміни механічної характеристики двигуна від опору кола ротора

Принципово, частота обертання ротору n₂ АД залежить від частоти обертання магнітного поля статора n₁ і величини обертального моменту М_ем двигуна.

З рівняння:

,

випливає, що n₁ можна регулювати частотою напруги живлення статорних обмоток (частотне регулювання) або змінюючи кількість пар полюсів обертового магнітного поля статора (полюсне регулювання) двигуна.

На практиці за величиною обертального моменту:

частоту обертання ротора регулюють значно рідше. Це роблять змінюючи магнітний потік Ф₁ полюсу обертового поля статора чи струму ₂ ротора. Величину Ф₁ змінюють за рахунок напруги живлення статорних обмоток, а ₂ – змінюючи активний опір кола ротора. Оскільки із зменшенням напруги живлення U₁ нижче U_1н суттєво зменшуються пусковий, номінальний та максимальний моменти двигуна, то цей спосіб регулювання n₂ застосовують тільки там, де величини М_п, М_н і М_maх не дуже важливі, наприклад у мікромашинах, які використовують у засобах автоматизації. Струм ₂ можна регулювати тільки в двигунах з фазним ротором і принципово не можливо в АД з КЗР.

4.1.10.1. Частотне регулювання.

Цей спосіб дозволяє плавно збільшувати і плавно зменшувати частоту обертання ротору двигуна відносно її номінального значення. Разом з тим частотне регулювання n₂ не зводиться тільки до зміни f₁. З результатів аналізу виразу:

,

де U_1ф та E_1ф – відповідно, фазна напруга живлення та фазна ЕРС статорних обмоток АД,

випливає, що при U_1ф = const зміна f₁ викликає зміну Ф₁ у зворотній пропорції. Збільшення магнітного потоку полюсу поля статора призводить до насичення феромагнітних елементів магнітного кола двигуна і росту намагнічуючого індуктивного струму, а зменшення – погіршує перевантажувальну здібність (М_н/М_maх) двигуна.

Основний закон частотного регулювання був виведений М.П. Костенко і може бути відображений наступною формулою:

,

де U₁, f₁, M_k – поточні значення, відповідно, напруги живлення статорних обмоток, частоти напруги живлення статорних обмоток, моменту на валу двигуна; U_1н, f_1н , M_н – номінальні значення вказаних вище величин.

З формули випливає, що закони зміни U₁ та f₁ пов’язані між собою і визначаються характером зміни моменту на валу двигуна. Так, якщо регулювання частоти обертання ротора потрібно здійснювати підтримуючи постійним корисний момент на валу двигуна М₂ = const, то джерело живлення повинно давати можливість змінювати напругу і частоту напруги статорних обмоток за законом – U₁f₁ = const. Щоб залишалася незмінною корисна потужність на валу двигуна Р₂ = const (при цьому момент на валу двигуна змінюється за кривою), закон зміни U₁ та f₁ повинен бути таким – U₁/(f₁)^1/2 = const.

На рис. 4.20 показано, як змінюється механічна характеристика АД при реалізації частотного (f₁₃ > f₁₂ > f₁₁) способу регулювання n₂ за умовою: М₂ = const (рис. 4.20, а) та Р₂ = const (рис. 4.20, б). Тут же наголосимо, що при здійсненні частотного регулювання жорсткість робочої ділянки механічної характеристики двигуна практично не змінюється.

Рис. 4.20. Зміни механічної характеристики двигуна при частотному регулюванні за умови: M₂ = const (а), P₂ = const (б).

Хоча при застосуванні даного способу регулювання можна як збільшувати так і зменшувати частоту обертання ротора відносно номінальної але не нескінченно. Верхня межа частоти обертання ротора n_2maх у більшості випадків обумовлена механічною міцністю двигуна. Тому на практиці n_2maх звичайно не перебільшує 2n_2н. Оскільки значне зменшення частоти обертання ротора може призвести до нестабільної роботи машини, то n_2min, як правило, є не меншою за 0,2n_2н.

Основною причиною, яка стримує широке впровадження частотного способу регулювання, є складність перетворювачів частоти напруги. Існуючі перетворювачі частоти умовно можна поділити на дві групи: електромашинні (фактично складаються з чотирьох машин змінного струму і мають низький ККД внаслідок чотирикратного перетворення енергії) та вентильні (складні напівпровідникові пристрої).