Для устойчивой работы двигателя необходимо, чтобы автоматически устанавливалось равновесие вращающего и тормозного момента на валу. С увеличением нагрузки на валу двигателя соответственно должен увеличиваться и вращающий момент. Это увеличение происходит так: при увеличении нагрузки на валу тормозной момент оказывается больше вращающего, уменьшается частота вращения ротора n, а скольжение увеличивается.
Увеличение скольжения ведет к увеличению вращающего момента, и наступает равновесие моментов при увеличении скольжения. Зависимость момента от скольжения довольна сложна. В выражении M=CMI2Φcosφ2все величины (I2;Φ;cosφ) зависят от скольжения. Ток ротора I2 с увеличением скольжения возрастает, что видно из формулы . Причем, при x2s=ɷLp2s<r2 сила тока ротора возрастает быстро, а при x2s>r2 значительно медленней.
- магнитный поток Ф пропорционален ЭДС статора Ė1, а Ė1=Ů−İ1z1при увеличении скольжения ток статора увеличивается, ЭДС. Е1, уменьшается, значит магнитный поток Ф уменьшается.
- коэффициент мощности цепи ротора при увеличении скольжения уменьшается.
Значит, при возрастании скольжения магнитный поток и ток ротора увеличивается, а коэффициент мощности уменьшается. Выражение момента через параметры асинхронного двигателя:
Для определения условий максимального момента возьмем производную приравняем ее к нулю.
Рис. 6.18
Решив это уравнение, определим критическое скольжение, при котором момент максимален
Из полученного выражения видно, что Sкр зависит от сопротивления фазы обмотки ротора. Чем больше активное сопротивление r2’ ротора, тем ниже его скорость nкр=n0(1−Sкр).
Mmax соответствует обычно небольшим значениям скольжения, так как индуктивное сопротивление обмоток намного больше чем их активные сопротивления, Sкр= 0,04÷ 0,05. При изменении скольжения
от нуля до Sкр работа двигателя является устойчивой, так как с увеличением тормозного момента на валу, скорость вращения ротора на валу уменьшается, скольжение увеличивается, увеличивается и вращающийся момент. Восстанавливается динамическое равновесие между тормозным и вращающим моментом, (участок 1 и 2 на рис. 6.18.) Дальнейшее увеличение нагрузки (s>sкр) приведет лишь к уменьшению вращающего момента и к остановке двигателя. Подставив выражение Sкр в формулу для вращающего момента, получим выражение для максимального момента.
Максимальный вращающийся момент определяет перегрузочную способность двигателя Mmax в 2-2,5 раза больше Мном.
Так как Mmax не зависит от r2’, а Sк зависит, то увеличивая активное сопротивление ротора можно увеличить критическое скольжение, не изменяя максимального момента. Это используется для улучшения пусковых условий(см.З.13.). Вращающий электромагнитный момент чувствителен к изменению напряжения М~U12 . При определенном снижении напряжения двигатель вращаться не будет.
Большое значение имеет зависимость скорости двигателя от нагрузки на валу n=ƒ(М) - механическая характеристика двигателя. Эта характеристика, как видно из рис. 6.19., аналогична по форме зависимости М = ƒ(s). Скорость асинхронного двигателя незначительно снижается при увеличении вращающего момента в пределах от 0 до Мmax.
Такая механическая характеристика называется жесткой. Рабочим является участок 1,т.к. на этом участке при незначительном уменьшении тормозного момента скорость ротора увеличивается, скольжение уменьшится, вращающий момент уменьшится. Динамическое равновесие моментов Mвр=Mm восстановится, но с немного большей скоростью.
Рис. 6.19
На участке 2 при уменьшении тормозного момента скорость ротора уменьшится, что приведет к уменьшению вращающего момента и, в конце концов, к его остановке. Этот участок механической характеристики является нерабочей.