Електромагнітний момент асинхронного двигуна. Механічні характеристики.

Підставивши у вираз (1.1.44) значення струму I₂^’ з (1.1.33), знайдемо залежність електромагнітного моменту від параметрів двигуна:

(1.1.45)

Так як параметри r₁, r₂^’, x₁, x₂^’ асинхронного двигуна при роботі з різними частотами обертання залишаються практично постійними, так же як і синхронна частота обертання ω₁, то величина електромагнітного момента М змінюється лише від напруги мережі U₁ і ковзання s.

На рис.1.1.20 побудована залежність обертового момента асинхронної машини від ковзання при постійній напрузі U₁. Там же вказані зони, що відповідають різним режимам роботи асинхронної машини. В діапазоні ковзання 0<s<1 машина працює в режимі двигуна, в діапазоні s<0 – в режимі генератора, в діапазоні s>1 – в режимі гальма.

Величина обертового момента асинхронної машини пропорційна квадрату напруги мережі U₁². Цього неможна забувати при роботі з асинхронними машинами, томущо зниження напруги U₁ хоча б на 20% від номінального (U₁=0.8U_1ном) веде до зменшення моменту на 36% М=U₁²; М=0.64М_ном).

Ковзання s однозначно пов’язане з частотою обертання n₂, тому вираз (1.1.45) являється рівнянням механічної характеристики асинхронного двигуна M=f(s) при U₁=const.

Механічні характеристики асинхронного двигуна виражаються або як M=f(s) при U₁=const, або як M=f(n₂) при U₁=const, або як n₂=f(М) при U₁=const. Різні види механічних характеристик одного і того ж двигуна представлені на рис.1.1.21 і рис.1.1.22. Для того щоб їх зрозуміти, достатньо вспомнити, що s=0 відповідає n₂=n₁, а s=1 відповідає n₂=0.

Розглядаючи характеристику М=f(s) при n₁=const (див. рис.1.1.21), неважко замітити, що при s=0 (n₂=n₁) момент М=0. Потім з збільшенням s (зменшенням n₂) момент зростає, досягає максимуми М_max при критичному ковзанні s_кр (критичній частоті обертання n_кр), а потім зменшується.

Продиференціювавши вираз моменту (1.1.45) по ковзанню і прирівнявши похідну нулю, знайдемо відповідне максимальному моменту ковзання – критичне ковзання:

, (1.1.46)

або, нехтуючи r₁, яке, як правило, невелике

s_кр=c₁r₂^’/(x₁+c₁x₂^’). (1.1.47)

Підставивши s_кр з (1.1.46) в (1.1.45), знайдемо вираз максимального обертового моменту асинхронного двигуна

. (1.1.48)

Відношення максимального момента М_max до номінального М_ном характеризує перевантажувальну властивість асинхронних двигунів. Для сучасних двигунів М_max/М_ном=1,72,5.

З аналізу виразів (1.1.47) і (1.1.48) випливає, що величина максимального момента асинхронного двигуна М_max не залежить від активного опору ротора r₂^’. В той же час величина критичного ковзання s_кр, при якому момент досягає максимальної величини, прямо пропорційна активному опору r₂^’, тобто s_кр≡r₂^’.

Це значить, що з підвищенням r₂^’ механічна характеристика двигуна зміщується в бік великих ковзань (рис.1.1.23). При цьому з зміною r₂^’ до визначеної величини (c₁r₂^’≈x₁+c₁x₂^’) буде збільшуватися початковий пусковий момент М_пуск(М_пускI<М_пускII<М_пускIII), тобто момент при s=1 (n₂=0).

Вираз початкового пускового моменту можна отримати з (1.1.45) шляхом підстановки в нього s=1:

. (1.1.49)

Початковий пусковий мо-мент М_пуск характеризує пускові властивості асинхронного дви-гуна. Чим більший пусковий момент і менший пусковий струм, тим кращі пускові властивості двигуна.

У сучасних трифазних асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором, кратність пускового момента – відношення пускового момента М_пуск до номінального М_ном – як правило, складає 1,22,5, а кратність пускового струму мають двигуни малої потужності:

I_пуск/I_ном=35.

Для приводів великої потужності, які потребують значних пускових моментів при порівняно невеликих струмах, як правило, використовують асинхронні двигуни з фазними роторами. На час пуску в коло ротора таких двигунів з допомогою контактних кілець і щіток вводять (див. рис.1.1.6,б) опору R_дод, тим самим зміщаючи механічну характеристику М=f(s) в бік великих ковзань (рис. 1.1.23). Це сприяє збільшенню пускового моменту М_пуск і одночасно зменшенню пускового струму І_пуск. По мірі розгону ротора двигуна опір R_дод поступово виводиться, а при досягненні ротором номінальної частоти обертання ротора замикається накоротко (R_дод=0).

Максимальний пусковий момент може бути досягнений при опорі R_дод, який зміщує максимум кривої М=f(s) до величини, яка відповідає s=1. Додатковий опір відповідає цій умові

R^’_дод=x₁/c₁+x₂^’-r₂^’. (1.1.50)

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики” частина 2