Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

Электромагнитный момент асинхронного двигателя создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем. Электромагнитный момент пропорционален электромагнитной мощности:

,
где – синхронная скорость вращения.

Подставив значение тока в последнее выражение, получим формулу электромагнитного момента асинхронной машины (Н∙м):

.

Параметры (сопротивления) схемы замещения асинхронной машины являются постоянными. Также постоянными можно считать напряжение на обмотке фазы статора и синхронную частоту . Единственной переменной величиной является скольжение , которое в различных режимах работы может принимать значение от –∞ до +∞.

Механическая характеристика машины – это зависимость при и . Для типичных соотношений параметров механическая характеристика показана на рисунке:

Рис. Механическая характеристика асинхронной машины в различных режимах работы.

Электромеханическое преобразование энергии может происходить в асинхронной машине в следующих режимах:

– двигательном , ;

– генераторном , ;

– тормозном , .

Характерными точками механической характеристики являются:

– точка идеального холостого хода. Скольжение , угловая скорость ротора совпадает с угловой скоростью поля , момент равен нулю ;

– критическая точка со скольжением , соответствующая максимальному моменту , которые выражаются через параметры машины следующим образом:

, .
Типичные значения критического скольжения для асинхронных машин общепромышленного применения при кВт лежат в пределах 0,15–0,30.

Перегрузочная способность или кратность пускового момента:

для асинхронных двигателей общего назначения составляет 1,7–2,5;

– точка пуска (короткого замыкания) соответствует частоте вращения (скольжению ). Пусковой момент:

.
При пуске и в области малых скольжений параметры схемы замещения значительно изменяются по причине магнитного насыщения зубцовых слоев статора и ротора и поверхностного эффекта (вытеснения тока к краю проводника, т.е. увеличение активного сопротивления с ростом частоты) в проводниках ротора. Поэтому параметры схемы замещения при расчете механической характеристики в области, близкой к номинальной, не могут быть использованы для расчета пускового момента.

При пуске двигателя под действием электромагнитного момента вал двигателя приводится во вращение. Частота вращения увеличивается, скольжение уменьшается в соответствии с механической характеристикой двигателя и нагрузки. При критическом скольжении момент достигает максимального значения . После этого электромагнитный момент начинает убывать до достижения установившегося значения, при котором момент двигателя равен сумме противодействующих моментов (нагрузки и холостого хода).

Номинальное скольжение лежит в пределах от 0 до и составляет обычно 2–8%. Только в этом диапазоне возможна нормальная устойчивая работа асинхронного двигателя. Длительная работа в точке пересечения механических характеристик двигателя и нагрузки возможна только в том случае, если при случайном отклонении угловой скорости от установившейся (вследствие колебаний нагрузки, напряжения сети и др.) на ротор действует момент , направленный на восстановление прежней угловой скорости. Условие устойчивости режима работы:

.