Механические характеристики

Механическая характеристика двигателя представляет собой зависимость угловой скорости ротора от электромагнитного момента: ω₂= f(M_эм) при U₁= const. График характеристики изображен на рис.2

Рис.2.

Оценим механическую характеристику по показателям устойчивости, жесткости и линейности. Считается, что двигатель в разомкнутом приводе работает устойчиво, если после снятия возмущения он автоматически возвращается в исходную рабочую точку на механической характеристике. Поскольку механическая характеристика двигателя представляет собой зависимость угловой скорости ротора от электромагнитного момента: ω₂= f(M_эм), а механической характеристикой нагрузки является зависимость статического момента сопротивления на валу двигателя от угловой скорости: M_ст = f(ω₂).
Теоретически установившийся режим работы двигателя возможен в точках А₁ и А₂, где M_эм = M_ст.А. Пусть двигатель работает с нагрузкой M_ст.А=const в точке А₁ и появляется возмущение, приводящее к увеличению угловой скорости. Тогда двигатель создает вращающий момент, соответствующий точке А₁ ', а нагрузка – момент сопротивления, соответствующий точке А₁. При этом M_эм < M_ст, в соответствии с уравнением равновесия моментов угловая скорость ω₂ уменьшается и двигатель возвращается в точку А₁. Возврат в точку А₁ будет происходить и при отрицательном приращении скорости (точка А₁ ''). Если двигатель работает c нагрузкой в точке А₂, то при возмущении, приводящем к увеличению скорости, двигатель создает вращающий момент, соответствующий точке А₂ ', а нагрузка – момент сопротивления, соответствующий точке А₂. При этом M_эм > M_ст и угловая скорость продолжает увеличиваться, двигатель уходит от точки А₂. Возврата в точку А₂ не происходит и при отрицательном приращении скорости (точка А₂ ''). В этом случае скорость будет продолжать уменьшаться вплоть до остановки двигателя.
Следовательно в точке А₁ двигатель работает устойчиво, а в точке А₂ – неустойчиво. В общем случае, признаком устойчивой работы двигателя является неравенство

(dM_эм /dω₂) < (dM_ст /dω₂)

Рабочие характеристики.
Рабочие характеристики асинхронного двигателя - это зависимости угловой скорости ротора ω₂, полезного момента М₂, КПД η, коэффициента мощности cos φ₁ (φ₁ - сдвиг по фазе между U₁ и I₁) и тока статора I₁ от полезной мощности Р2 при U₁ = U_ном и f₁ = f_ном (рис. 3).

Рис.3

Рабочие характеристики могут быть либо сняты экспериментально, либо рассчитаны с использованием схемы замещения. При переходе от режима х.х. (двигатель не нагружен) к режиму номинальной нагрузки угловая скорость ротора снижается незначительно, т.к. ω₂=(1 - s)ω₁, а S_ном, как отмечалось, составляет единицы процентов. Соответственно, полезный момент М₂= P₂ /ω₂ возрастает по закону, близкому к линейному. Изменение тока статора определяется реакцией ротора; относительно большое значение тока при холостом ходе объясняется наличием воздушного зазора. Ток х.х. в основном индуктивный, и соответственно низок cos φ₁₀ – порядка 0,1 – 0,2. По мере роста нагрузки возрастает потребляемая активная электрическая мощность и cos φ₁ растет – его максимальное значение достигает 0,7 - 0,9. Ток сохраняет активно-индуктивный характер (φ₁ >0) и питающая сеть загружается реактивным током. КПД двигателя η= Р₂ /Р₁, где Р₁ – активная электрическая мощность, потребляемая двигателем. При симметричном питании Р₁ = m₁U₁I₁cos φ₁, где U₁, I₁ – фазные напряжение и ток. Зависимость КПД от мощности Р₂= Р₁ -Δp_э -Δp_м -Δp_мех имеет такой же вид, как и у трансформатора, т.к. в двигателе потери также подразделяются на постоянные и переменные. Для машин малой и средней мощности максимальное значение КПД η = 0,7 – 0,9, при этом меньшие значения относятся к двигателям меньшей мощности, у которых относительно больше активное сопротивление обмоток.