§9. Механическая характеристика асинхронного двигателя.

В качестве второй рабочей характеристики АД обычно рассматривают зависимость

(42)

или т.н. механическую характеристику.

Эта зависимость позволяет оценить поведение АД при воздействии на него извне (нагрузкой или моментом М_нг) и является некоторым аналогом внешней характеристики силового трансформатора.

Для оценки этой зависимости применительно к реальным АД, а также для изучения методов её прогнозирования по каталожным или экспериментальным данным, необходимо, прежде всего, учесть, что:

(43)

Здесь М_хх обозначает электромагнитный момент, развиваемый АД при M_в = 0 и необходимый для преодоления сил трения и сил магнитного торможения ротора при вращении. Поэтому М_хх определяется потерями в меди и стали ротора, а также механическими, т.е.

(44)

Вполне допустимо, особенно в целях анализа, рассматривать уравнение механической характеристики в виде

(45)

пренебрегая моментом М_хх или учитывая его дополнительно. Введенные в §3 понятия электромагнитной мощности Р_э и электромагнитного момента М_э позволяют определять их относительные значения в пренебрежении и как

Можно выразить только через параметры АД и сетевое напряжение - тогда следует обратиться к упрощенной схеме замещения (рис.9), т.е. считать

(46)

Последнее выражение и приходится рассматривать как уравнение механической характеристики с учетом принятых ранее допущений.

Легко заметить, что при малых скольжениях ( ) вполне допустимо полагать , а при больших значениях ( ) - .

Кроме того дифференцирование выражения для по s позволяет определить т.н. критическое скольжение s_кр, при котором достигается максимум электромагнитного момента:

(47)

Выражения для s_кр отличаются от рассмотренного ранее "оптимального" скольжения s* ввиду учета зависимости основного поля от вторичного тока, хотя понятия s_кр и s* совпадают по смыслу.

При значениях , , установленных ранее можно показать, что в реальных АД

;

Номинальное же скольжение АД несколько ниже - , что даёт номинальное значение момента .

Еще одной особой точкой механической характеристики (рис.12) является точка пускового режима:

(48)

Разумеется, что использование зависимости позволяет описывать режимы работы АД с определенной условностью: мы предполагаем независимость параметров , , и от величины скольжения и уровней магнитных полей машины. Тем не менее, зависимость для реального АД имеет тот же вид (рис.13).

Рассмотрение характеристик типа или позволяет отметить ряд характерных особенностей асинхронного двигателя.

1. B диапазоне скольжений (или скоростей) от холостого хода до критических асинхронный двигатель обладает свойством саморегулирования.

Пусть, например, АД работает со скоростью n' (точка 1 на рис.13) и развивает некоторый М_в'. Если увеличить момент нагрузки от M_нг' = M_в' до M_нг'' > M_нг' , то разность тормозящего и вращающего моментов окажется положительной, что приведет к некоторому снижению скорости или возрастанию скольжения s. Из-за этого увеличится ток ротора (в том числе и I_2a - см. рис.6), возрастет ток статора. Таким образом двигатель, во-первых, автоматически увеличит потребление энергии из сети и, во-вторых, обеспечит новый, больший вращающий момент M_в'' = M_нг'', хотя к этому времени скорость двигателя несколько снизится (точка 2 на рис.13).

2. He все режимы работы АД, в которых вращающий момент M_в в точности равен тормозящему М_нг, можно отнести к устойчивым. Отмеченное выше свойство - рост электромагнитного момента при увеличении скольжения наблюдается лишь в части механической характеристики, ограниченной

и называемой устойчивой ветвью характеристики.