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:
.