РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики двигателя

При изменении нагрузки двигателя происходит изменение потребляемых из сети тока 1₁и мощности Р₁, угловой скорости ω (или скольжения s),КПД и cos φ₁.

Нагрузкой для двигателя служит нагрузочный момент М₂, приложенный к его валу. При увеличении нагрузочного момента соответственно увеличивается электромагнитный момент, создаваемый двигателем:

М=М₂ + М₀ = с_М Ф I₂ cos ψ₂;

здесь М₀ — момент, обусловленный механическими и добавочными потерями.

Момент М₀ слабо зависит от нагрузки. Он относительно мал и можно принять, что М≈М₂. От момента М₂ зависит механическая мощность Р₂, снимаемая с вала двигателя:

Р₂ = М₂ω. (4.1)

Зависимости ω, М₂, 1₁, cos φ₁, η, Р₁ = f(Р₂) называются рабочими характеристиками двигателя. Примерный их вид показан на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

При холостом ходе, когда Р₂= 0 и М₂ = 0, ток 1₁ равен току холостого хода 1₀. Как и у трансформатора, ток является в основном намагничивающим и создаёт основное магнитное поле. Однако из-за наличия воздушного зазора между статором и ротором относительное значение его больше, чем у трансформатора, и составляет 25–50% номинального тока статора.

Мощность Р₁, потребляемая двигателем из сети при холостом ходе, расходуется на потери внутри машины: механические потери Р_мх, магнитные потери в статоре Р_м, электрические потери в обмотке статора от тока 1₀.

При увеличении момента М ток ротора I₂ должен увеличиваться. Возрастание тока I₂ происходит за счет увеличения индуцируемой в обмотке ротора ЭДС Е_2s = Е₂s вследствие снижения угловой скорости ω (увеличение s). Поэтому зависимость ω = f(Р₂) имеет падающий характер. Однако у большинства асинхронных двигателей изменение частоты вращения при нагрузке незначительно, и характеристика ω = f(Р₂) является достаточно жесткой. Скольжение s с ростом Р₂ будет возрастать. При холостом ходе из–за наличия механических потерь (момент М₀) ток I₂≠0, следовательно, ω≠ω₁ и s≠0.

Исходя из (4.1), при ω = const зависимость М₂ = f(Р₂) представляла бы прямую, идущую из начала координат. Так как фактически у асинхронного двигателя ω ≠const, то реальная характеристика М₂ = f(Р₂) несколько отличается от линейной.

В соответствии с (21.16) при увеличении I₂ будет возрастать ток статора I₁. При малых нагрузках скольжение, а следовательно, и индуктивное сопротивление ротора x_2s=x₂s малы и ток ротора будет практически активным (ψ₂≈0), вследствие чего угол сдвига φ₁ между током I₁ и напряжением U₁будет уменьшаться с ростом нагрузки и cos φ₁ увеличиваться по сравнению с cos φ₁₀.

При больших нагрузках скольжение и частота индуцируемой ЭДС в роторе возрастают, что приводит к увеличению индуктивного сопротивления обмотки ротора. Вследствие этого реактивная составляющая тока ротора и соответственно тока статора увеличиваются, а cos φ₁ начинает уменьшаться. Подводимая мощность изменяется пропорционально произведению 1₁ cos φ₁.

Зависимость η = f(Р₂) достигает максимального значения при нагрузке, когда постоянные и переменные потери в двигателе будут равны.

Рабочие характеристики могут быть получены экспериментально и рассчитаны с помощью схемы замещения.