Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя (рис. 13.7) представляют собой графически выраженные зависимости частоты

вращения n₂, КПД η, полезного момента (момента на валу) М₂, коэффициента мощности cos φ, и тока статора I₁ от полезной мощности Р₂ при U₁ = const f ₁ = const.

Скоростная характеристика n₂ = f (P₂). Частота вращения ротора асинхронного двигателя

n₂ = n₁(1 - s).

Скольжение по (13.5)

s = P_э2/ P_эм, (13.24)

т. е. скольжение двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности Р_эм. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Р_э2 = 0, а поэтому s ≈ 0 и n₂₀ ≈ n₁. По мере увеличения нагрузки на валу

Рис. 13.7. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

двигателя отношение (13.24) растет, достигая значений 0,01—0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n₂ = f (P₂) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора r₂' угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты вращения n₂ при колебаниях нагрузки Р₂ возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r₂' возрастают электрические потери в роторе [см. (13.3)].

Зависимость М₂ =f(P₂). Зависимость полезного момента на валу двигателя М₂ от полезной мощности Р₂ определяется выражением

M₂ = Р₂/ ω₂ = 60 P₂/ (2πn₂) = 9,55Р₂/ n₂, (13.25)

где Р₂ — полезная мощность, Вт; ω₂ = 2πf ₂/ 60 — угловая частота вращения ротора.

Из этого выражения следует, что если n₂ = const, то график М₂ = f ₂(Р₂) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки Р₂ частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М₂ с увеличением нагрузки возрастает не сколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М₂ = f (P₂) имеет криволинейный вид.

Рис. 13.8. Векторная диаграмма асинхронного двигателя при небольшой нагрузке

Зависимость cosφ₁ = f (P₂). В связи с тем что ток статора I₁ имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму х.х. Объясняется это тем, что ток х.х. I₀ при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I₁ ≈ I₀). В результате сдвиг по фазе тока статора , относительно напряжения , получается значительным (φ₁ ≈ φ₀), лишь немногим меньше 90° (рис. 13.8). Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме х.х. обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I₁ и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80—0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увелиичение нагрузки сопровождается уменьшением cosφ₁ что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (x₂s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или по крайней мере значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной. Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cosφ₁, целесообразно подводимое к двигателю напряжение U₁ уменьшить. Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в раз. При этом магнитный поток статора, а следовательно, и намагничивающий ток уменьшаются примерно в раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя. На рис. 13.9 представлены графики зависимости cosφ₁, асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).

Рис. 13.9. Зависимость cos φ₁,от нагрузки при соединении обмотки статора звездой (1) и треугольником (2)