Условия устойчивой работы асинхронного двигателя

Исполнительный механизм (станок, вентилятор, транспортное средство и т. п.) приводится в движение посредством двигателя. Установившийся режим работы агрегата наступает при такой скорости (скольжении) двигателя, при которой его электромагнитный момент М уравновешивает момент статического сопротивления:

М_с=( М₂ + М₀)

М₂ — тормозной момент исполнительного механизма; М₀— тормозной момент, обусловленный механическими и магнитными потерями внутри двигателя.

В установившемся режиме скорость двигателя и механизма остается неизменной во времени. Если равенство М= М_с нарушается, то происходит изменение скорости в соответствии с известным из механики уравнением движения

М - М_с=Jdω/dt, (3.12)

где составляющая Jdω/dt называется динамическим моментом (J– момент инерции вращающихся частей двигателя и механизма).

Из (3.12) следует: 1) при М>М_С будет происходить разгон агрегата;

2) при М<М_С будет происходить замедление двигателя и сочленённого с ним производственного механизма.

Скорость, соответствующую установившемуся режиму, графически можно определить по точке пересечения механических характеристик ω = f(M) и ω = f(М_с).Если механические характеристики построены в функции скольжения M=f(s) и М_с=f(s), то точка их пересечения определит установившееся значение скольжения.

Точки, соответствующие установившимся значениям скорости или скольжения, могут соответствовать устойчивому или неустойчивому равновесию. Это будет зависетьот вида механических характеристик. Равновесие будет устойчивым, если после прекращения кратковременных возмущений (например, изменения нагрузки, напряжения и т. д.), выводящих систему из равновесия, она вновь возвращается в исходную точку. В противном случае равновесие будет неустойчивым.

Для примера на рис. 3.4 изображены характеристики M=f(s) и М_с=f(s).

Рис. 3.4. Определение устойчивого равновесия

Равенство моментов здесь наступает при трех значениях скольжения. Точка при скольжении s' является точкой неустойчивого равновесия. Действительно, если случайно скольжение увеличится (s> s'), то разность моментов М — М_с<0, что приведет к еще большему увеличению скольжения и привод перейдет на работу при скольжении s''. При случайном уменьшении скольжения возникает положительная разность моментов, стремящаяся еще больше уменьшить скольжение, и привод будет работать со скольжением s. Таким образом, при нарушении равновесия привод не будет возвращаться в исходную точку, а будет все больше и больше удаляться от нее.

Аналогичным путем можно показать, что точки со скольжением s и s" являются точками устойчивого равновесия, так как при случайных отклонениях возникает избыточный момент, стремящийся вернуть систему в исходную точку.

Работа при скольжениях s", близких к 1, будет протекать с большими токами и низким КПД, поэтому чаще всего механические характеристики двигателя и исполнительного механизма выбирают так, чтобы единственная устойчивого их равновесия располагалась на линейной части характеристики M=f(s) при небольших скольжениях.

В общем случае критерием устойчивости является выполнение неравенств

или