Основные теоретические положения. Механическая характеристика асинхронного двигателя сказывает между собой две основные механические величины двигателя - частоту вращения ротора и вращающий

Механическая характеристика асинхронного двигателя сказывает между собой две основные механические величины двигателя - частоту вращения ротора и вращающий момент, развиваемый на валу . Вращающий момент асинхронного двигателя возникает в результате взаимодействия вращающегося магнитного поля статора с индуцированным им токам ротора:

(1)

где – постоянная двигателя, Н м/(Вб А);

φ – магнитный поток машины, Вб;

– угол сдвига фаз между током и ЭДС ротора, наведенной
вращающимся магнитным полем.

Входящие в формулу (1) величины и можно выразить через питающее напряжение и параметры двигателя:

(2)

где – активное и индуктивное сопротивление обмотки статора, Ом;

– приведенные к статорной обмотке активное и индуктивное
сопротивление обмотки ротора, Ом;

– скольжение;

– частота. вращения магнитного поля, об/мин;

р – число пар полюсов магнитного поля машины (р = 2);

f – частота питающей сети, Гц.

Из соотношения (2) следует, что при заданном значении напряжения вращающий момент двигателя зависиттолько от скольжения S, а, следовательно, от частотывращения ротора n, поскольку . Поэтому, задаваясь различными значениями S в пределах от нуля до единицы, можно определить соответствующие им значения момента двигателя и построить график (рис.1, а также график механической характеристики двигателя (рис. 2)

Механическая характеристика является основной характеристикой любого электрического двигателя, определяющей его эксплуатационные свойства. Она имеет ряд характерных точек 1,2,3, (рис.1,2), которые отражаются в паспортных данных двигателя. Величины, соответствующие точкам 1,2,привоцятек в паспортных данных, как правило, в относительных единицах к величинам номинального режима ( – точка 3). Номинальный режим для каждого двигателя определяется как режим длительной работы, при котором двигатель не перегревается сверх установленной температуры. Точка определяет пусковой момент: , развиваемый двигателем в неподвижном состоянии, т.е. при (или . В паспортных ценных указывается отношение пускового момента к номинальному, называемое кратностью пускового момента Для двигателей с короткозамкнутым ротором . Точка 2 определяет максимальный момент двигателя, развиваемый им при некотором скольжении , называемом критическим, которому соответствует частота вращения .

В паспорте двигателяприводится отношение называемое перегрузочной способностью асинхронного двигателя.

Пренебрегая активным сопротивлением обмотки статора , величины можно определить из соотношения (2), воспользовавшись условием экстремума функции :

;

(3)

С учетом формул (3 из выражения (2) можно получить известную формулу Клосса

(4)

которая широко используется для построения механической; характеристики асинхронного двигателя по его паспортным данным .При этом критическое скольжение определяют через паспортные данные следующим образом:

(5)

Точки 1,2,3 разбивают механическую характеристику на участке с характерными режимами работы двигателя: участок 3-4 – рабочие режимы машины; участок 2-3 –. режимы перегрузок; участок 1-2 - неустойчивые режимы работы двигателя. Совместно участки 3-4 и 2-3 составляют участок устойчивых режимов асинхронного двигателя 2-4.

Рассмотрим работу машины на участке 2-4, например, в точке А. В установившемся режиме, т.е. при равномерном вращении ротора момент двигателя Ид равен моменту сопротивления его нагрузки. Пусть теперь увеличился до . Это вызовет торможение машины, так как Скорость начинает уменьшаться, что влечет за собой, согласно виду механической характеристики на участке 2-4. увеличение момента, развиваемого двигателем. Этот процесс закончится, когда выполнится равенство . Указанное свойство автоматического установления равновесия между моментом сопротивлений и преодолевающим его моментом двигателя, называется свойством саморегулирования. Оно.характерно только для устойчивого. режима работы двигателя.

Точки участка 1-2 соответствуют неустойчивому равновесию моментов нагрузки и двигателя, так как при любом малом снижении скорости, обусловленном незначительным увеличением момента сопротивления, вращающий момент нерастет, а падает, в результате чего, двигатель останавливается. В связи с этим максимальный момент также называют опрокидывающим моментом асинхронной машины.

Механическая характеристика является важнейшей эксплуатационной характеристикой двигателя. По ней выбирается двигатель как элемент электропривода. Например, если приводной механизм имеет момент сопротивления , то очевидно, что выбираемый для данного привода электродвигатель должен иметь . Тогда .

С помощью механических характеристик проводят также анализ процесса регулирования частоты вращения двигателя. Например, рассмотрим, как изменится частота вращения двигателя с Фазным ротора у которого с помощью реостата увеличили сопротивление цепи ротора . Увеличение , как следует из формул (З), вызывает рост критического скольжения (уменьшение ), но не изменяет значения максимального момента , двигателя. Поэтому механическая характеристика двигателя с включенным реостатом (она называется искусственной) пойдет ниже естественной и при том же моменте сопротивлении скорость вращения уменьшится на (рис.2). Изменить вид механической характеристики двигателя и, естественно, частоту вращения его вала можно также изменением частоты питающей сети и числа пар полюсов двигателя (см. формулы (3), (4)).