Электромагнитный момент и механическая характеристика асинхронного двигателя

Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:

М=СФI₂cosψ₂.

Здесь: С – конструктивный коэффициент;
ω₀ = 2 π f / p – скорость вращения магнитного поля;
ψ₂ – сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора;
I₂ cos ψ₂– активная составляющая тока ротора.

Таким образом, величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля Ф и активной составляющей тока ротора.

В режиме двигателя при изменении нагрузки на валу изменяется частота вращения ротора, что приводит к изменению скольжения, частоты тока ротора, индуктивного сопротивления ротора и cosψ₂. В результате изменяется вращающий момент. Наибольшие значения ЭДС и частота тока ротора имеют в момент пуска в ход, когда скольжение S=1. При этом f₂ = f₁, X₂ >> R₂, угол ψ₂ близок к 90°

За счет малого cosψ₂ в момент пуска в ход асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент. Кратность пускового момента (по сравнению с номинальным) у них составляет

М_пуск / M_н = 0,8 ÷ 1,8.

Причем большие цифры относятся к двигателям специальной конструкции с улучшенными пусковыми свойствами.

По мере разгона ротора двигателя частота тока ротора падает, уменьшается индуктивное сопротивление ротора Х_2S и угол ψ₂ уменьшается. Это приводит к увеличению вращающего момента и дальнейшему разгону двигателя.

Электромагнитный момент сильно зависит от подведенного напряжения (М ). При снижении, например, напряжения на 10%, электромагнитный момент снизится на 19%. Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности труда и увеличению брака.

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику (рис. 2.15) можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Так как S = (n₀ - n) / n₀, отсюда n = n₀(1 - S). Напомним, что n₀ = (60 f) / p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты М_н и n_н. Точка 3 соответствует критическому моменту М_кр и критической частоте вращения n_кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя М_пуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

n₀ = (60 f) / p,

где: р – число пар полюсов машины;
f – частота сети.

Точка 2 с координатами n_н и М_н. Номинальная частота вращения n_н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: Р_н – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами М_кр n_кр. Критический момент рассчитывается по формуле М_кр = М_н λ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя n_кр = n₀ (1 - S_кр), , S_н = (n₀ - n_н) / n₀ – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n=0 и М=М_пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

М_пуск = М_н λ_пуск,

где: λ_пуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.