Электромагнитный момент асинхронного двигателя. Механические характеристики.

Подставив в выражение (3.55) значение тока из (3.44), найдем зависимость электромагнитного момента от параметров двигателя:

(3.56)

Так как параметры , , и асинхронного двигателя при работе с различными частотами вращения (скольжениями s) остаются практически постоянными, так же как и синхронная частота вра­щения w₁ (то величина электромагнитного (вращающего) момента М изменяется лишь от напряжения сети U₁, и скольжения s.

На рис. 3.16 построена зависимость вращающего момента асинхронной машины от скольжения при постоянном напряжении U_1. Там же указаны зоны, соответствующие различным режимам работы асинхронной машины. В диапазоне скольжений 0<s<1 машина работает в режиме двигателя, в диапазоне s<0 – в режиме гене­ратора, в диапазоне s>1 – в режиме тормоза.

Рис. 3.16. Режимы работы асинхронной машины

Величина вращающего момента асинхронной машины пропорциональна квадрату напряжения – . Этого нельзя забывать при работе с асинхронными машинами, ибо снижение напряжения хотя бы на 20% от номинального ведет к уменьшению момента на 36%

Скольжение s однозначно связано с частотой вращения n₂, поэтому выражение (3.56) является уравнением механической характеристики асинхронного двигателя при .

Механические характеристики асинхронного двигателя выражаются либо как при , либо как при , либо как при . Различные виды механических характеристик одного и того же двигателя представлены на рис. 3.17 и рис. 3.18. Для того чтобы их понять, достаточно вспомнить, что s=0 соответствует n₂=n_l, a s=1 соответствует n₂=0.

Рис.3.17. Зависимость момента от скольжения

Рис 3.18. Механические характеристики асинхронного двигателя

Рассматривая характеристику при (см. рис. 3.17) нетрудно заметить, что при s=0 (n₂=n_l) момент M=0. Затем с увеличением s (уменьшением n₂) момент растет, достигает максимума M_max при критическом скольжении s_кр (критической частоте вращения n_кр), а затем уменьшается.

Продифференцировав выражение момента (3.56) по скольжению и приравняв производную к нулю, найдем соответствующее максималь­ному моменту – критическое скольжение:

(3.57)

Или, пренебрегая r₁,которое обычно мало,

(3.58)

Подставив из (3.57) в (3.56) найдем выражение максимального вращающего момента асинхронного двигателя

(3.59)

Отношение максимального момента к номинальному характеризует перегрузочную способность асинхронных двигателей. Для современных двигателей .

Из анализа выражений (3.58) и (3.59) следует, что величина максимального момента асинхронного двигателя не зависит от активного сопротивления ротора . В то же время величина критического скольжения , при котором момент достигает максимальной величины, прямо пропорциональна активному сопротивлению , т.е.

Это значит, что с увеличением механическая характеристика двигателя смещается в сторону больших скольжений (рис. 8.23). При этом с изменением до определенной величины будет увеличиваться начальный пусковой момент М_пуск (М_пускI < М_пускII < М_пускIII), т.е. момент при s=1 (n₂=0). Выражение начального пускового момента можно получить из (8.45) путем подстановки в него s=1:

(3.60)

Начальный пусковой момент характеризует пусковые свойства асинхронного двигателя. Чем больше пусковой момент и меньше пусковой ток, тем лучше пусковые свойства двигателя.

У современных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, кратность пускового момента – отношение пускового момента к номинальному – обычно составляет , а кратность пускового тока . Меньшую кратность пускового тока имеют двигатели малой мощности:

Для приводов большой мощности, требующих значительных пусковых моментов при сравнительно небольших токах, обычно применяют асинхронные двигатели с фазными роторами. На время пуска в цепь ротора таких двигателей с помощью контактных колец и щеток вводят (см. рис. 8.6, б) сопротивления R_доб, тем самым смещая механическую характеристику M=f(s) в сторону больших скольжений (рис. 3.19). Это способствует увеличению пускового момента и одновременно уменьшению пускового тока . По мере разгона ротора двигателя сопротивление R_доб постепенно выводится, а при достижении ротором номинальной ча­стоты вращения обмотка ротора замыкается накоротко (R_доб = 0).

Рис. 3.19. Графики зависимости момента от скольжения для различных значений активного сопротивления якоря асинхронного двигателя

Максимальный пусковой момент может быть достигнут при со­противлении R_доб, смещающем максимум кривой M=f(s) до величины, соответствующей s=1. Добавочное сопротивление, отвечающее этому условию:

(3.61)