Рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимость скорости вращения n₂, коэффициента полезного действия η, коэффициента мощности cosφ, скольжения s, вращающего момента M и тока в цепи статора I₁от нагрузки (полезной мощности) на валу двигателя P₂ при постоянном номинальном напряжении и неизменной частоте сети (рис. 3.).

Основной характеристикой двигателя является зависимость частоты вращения ротора от момента сопротивления на валу (от нагрузки), т.е. механическая характеристика. Рабочими характеристиками двигателя являются зависимости:

 

М = f₁(Р₂); I₁ = f₂(Р₂); Соsj₁ = f₃(Р₂);

h = f₄(Р₂); n₂=f₅(Р₂); (4)

 

Рис. 3.

 

 

При построении рабочих характеристик используются соотношения:

 

Р₂ = 0,104 * М * n₂; h = Р₂/Р₁ * 100 % ; cos j₁ = P₁/( Ö3 * U₁ * I₁); (5)

где: Р₂ - полезная механическая мощность на валу;

Р₁ - мощность, потребляемая из сети;

I₁ - линейный ток, потребляемый двигателем из сети;

М - момент на валу;

Сosj₁ - коэффициент мощности двигателя;

h - КПД двигателя;

U₁ - линейное напряжение сети.

 

У асинхронного двигателя, как и у большинства машин, коэффициент полезного действия (КПД) с ростом нагрузки возрастает η=ƒ(Р₂), ввиду уменьшения доли электрических и магнитных потерь по отношению к развиваемой мощности двигателя. Однако, при достижении нагрузки 75% от номинальной, заметно возрастают и электрические потери (в обмотках статора и ротора), пропорциональные квадрату тока потребляемого двигателем, что ведет в дальнейшем с увеличением нагрузки к некоторому уменьшению КПД.

Коэффициент мощности cosφ зависит от соотношения между активной мощностью Р₁, потребляемой двигателем, и полной мощностью S, складывающейся из активной Р₁ и реактивной Q составляющих:

 

cosφ = (6)

 

При увеличении нагрузки растет величина активной мощности Р₁, что приводит к росту cosφ, достигающего максимального значения (0,7-0,9) при номинальной нагрузке на двигатель. В дальнейшем возможно уменьшение cosφ, в связи с увеличением реактивной мощности, связанной с усилением потоков рассеяния.

Механическая характеристика и саморегулирование двигателя.

График, связывающий между собой механические величины - скорость и вращающий момент, называется механической характеристикой асинхронного двигателя (рис. 4.) n=ƒ(M). Саморегулирование асинхронного двигателя заключается в следующем. Пусть двигатель работает устойчиво в каком-то режиме, развивая скорость n₁ и вращающий момент М₁. При равномерном вращении этот момент равен тормозному моменту М_т1, т.е.

 

М₁=М_т1, n₁= const.

 

Рис. 4.

 

 

Увеличение тормозного момента до М_т2, вызовет уменьшение оборотов машины, так как тормозной момент станет больше вращающего момента.

С уменьшением оборотов увеличивается скольжение, что в свою очередь вызывает возрастание ЭДС и тока в роторе. Благодаря этому увеличивается вращающий момент двигателя.

Этот процесс заканчивается тогда, когда вращающий момент М₂, развиваемый двигателем, станет равным М_т2. При этом, устанавливается скорость вращения меньшая, чем n₁. Свойство автоматического установления равновесия между тормозным и вращающим моментами называется саморегулированием.

Момент сопротивления (тормозящий момент) на валу двигателя создается генератором постоянного тока (ГПТ).

При питании ОВ генератора от постоянного источника возникает ток возбуждения I_В, создающий основное магнитное поле машины Ф.

Чаще всего используют два способа включения ОВ - к независимому источнику питания (независимое возбуждение) и параллельно цепи якоря генератора (параллельное возбуждение).

Вал якоря ГПТ, будучи соединенным с валом асинхронного двигателя, приводится им во вращение, в результате чего индуцируется в обмотках якоря ЭДС Е, а на выходе генератора появляется напряжение U, питающее нагрузку генератора, ток цепи якоря I_я взаимодействует с магнитным полем возбуждения Ф и создает тормозящий моментМ:

 

М = С_М * Ф * I_Я (7)

 

где: С_М - конструктивный коэффициент машины.

 

Величина тормозящего момента зависит от величины нагрузки генератора и, следовательно, от I_Я и от тока возбуждения I_В, создающего магнитный поток Ф.

 

Основные характеристики генератора:

а) характеристика холостого хода: Е = f₆(I_В);

б) внешняя характеристика: U = f₇(I);

где: I - ток в нагрузке генератора.