Механические характеристики
Механическая характеристика двигателя представляет собой зависимость угловой скорости ротора от электромагнитного момента: ω2= f(Mэм) 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(Mэм), а механической характеристикой нагрузки является зависимость статического момента сопротивления на валу двигателя от угловой скорости: Mст = f(ω2).
Теоретически установившийся режим работы двигателя возможен в точках А1 и А2, где Mэм=Mст.А. Пусть двигатель работает с нагрузкой Mст.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 Mэм<Mст, 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 Mэм>Mст 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
(dMэм /dω2) < (dMст /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 = Uном и f1 = fном (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 Sном, 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 -Δpэ -Δpм -Δpмех 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.