5. Обертаючий момент асинхронного двигуна

Обертаючий момент асинхронного двигуна утворюється внаслідок взаємодії обертового магнітного поля статора зі струмами у провідни­ках роторної обмотки. Тому обертаючий момент залежить від магніт­ного потоку статора Ф_т та від сили струму в роторній обмотці І₂. Проте у процесі перетворення енергії (утворення обертаючого моменту) бере участь тільки активна потужність, споживана машиною з мережі. Внаслідок цього обертаючий момент залежить не від сили струму в роторній сбмотці І₂, а лише від його активної складової, тобто І₂ cos φ₂, де φ₂ — фазний кут між ЕРС та силою струму в роторній обмотці.

Отже, обертаючий момент асинхронного двигуна М = cФ_mcos φ₂, де с — конструктивна стала машини, що залежить від кількості її полюсів і фаз, кількості витків статорної обмотки та конструктивного виконання роторної обмотки.

За умови сталості прикладеної напруги магнітний потік також зали­шається сталим для будь-якої зміни навантаження двигуна. Отже, у формулі обертаючого моменту Ф_т і с сталі, і обертаючий момент пря­мо пропорційний тільки активній складовій сили струму в роторній обмотці, тобто М ~ І₂ cos φ₂.

Зміна навантаження або гальмівного моменту на валі двигуна змі­нює частоту обертання ротора і ковзання, що обумовлює зміну сили струму в роторі І₂ та його активної складової І₂ cos φ₂. Силу струму, в роторній обмотці можна виразити відношенням ЕРС до повного опору, тобто І₂ = E₂/Z₂ — E₂/ та cos φ₂ = R₂/Z₂, де Z₂, R₂ та Х₂ — повний, активний та реактивний опори фази роторної обмотки.

Разом із ковзанням змінюється частота струму в роторі. Якщо ротор нерухомий (п₂ = 0; S = 1), обертове поле з однаковою часто­тою перетинає провідники статорної й роторної обмоток і частота стру­му в роторі дорівнює частоті струму в мережі (ƒ₂ = ƒ₁). Зі зменшенням ковзання обмотка ротора перетинається магнітним полем з меншою час­тотою і частота струму в роторі зменшується. Коли ротор обертається синхронно з магнітним полем (п₂ — п₁, S = 0), провідники обмотки ротора не перетинаються магнітним полем і частота струму в роторі дорівнює нулеві (ƒ₂ = 0). Отже, частота струму в роторі прямо про­ порційна ковзанню: ƒ₂ = S ƒ₁.

Активний опір роторної обмотки майже не залежить від частоти, в той час як ЕРС і реактивний опір прямо пропорційні частоті, тобто змінюються зі зміною ковзання: Е₂ = SE і Х₂ = SX, де Е та X — відповідно ЕРС та індуктивний опір фази обмотки нерухомого ротора.

Отже, маємо: І₂ = SE/ ; cos φ₂ = R₂/ ; обертаючий момент М ~ І₂ cos φ₂ = SER₂/[ |.

При невеликому ковзанні (приблизно до 20 %), коли SX мале по­рівняно з R₂, збільшення ковзання обумовлює зростання обертаючо­го моменту, оскільки при цьому збільшується активна складова сили струму в роторі (І₂ cos φ₂). Якщо ковзання велике (SX > R₂), то збільшення його обумовлює зниження обертаючого моменту внаслі­док значного зростання реактивного опору роторної обмотки.

На рис. 87 показано залежність обертаючого моменту від ковзан­ня. При певному ковзанні S_m (приблизно 20 %) двигун розвиває мак­симальний момент, який визначає перевантажувальну здатність дви­гуна і в два-три рази перевищує номінальний момент.

Стійка робота двигуна можлива тільки на висхідній ділянці кри­вої залежності моменту від ковзання, тобто при зміні ковзання від 0 до S_m. Робота двигуна на низхідній ділянці кривої цієї залежності, коли S > S_m, неможлива, бо тут не забезпечується стійка рівновага моментів.

Якщо припустити, що обертаючий момент дорівнював гальмівно­му (М = М_г) в точках А і Б, то в разі порушення рівноваги моментів у одному випадку вона відновлюється, в іншому — не відновлю­ється.

Припустимо, що обертаючий момент двигуна чомусь зменшився (наприклад, від зниження напруги в мережі), тоді ковзання почне збільшуватися. Якщо рівновага моментів знаходилася в точці А, то збільшення ковзання обумовить зростання обертаючого моменту двигуна і він знову дорівнюватиме гальмівному моментові, тобто рів­новага моментів відновиться. Якщо ж рівновага моментів знаходила­ся в точці Б, то збільшення ковзання обумовить зменшення обертаю­чого моменту, який залишатиметься завжди меншим від гальмівного моменту, тобто рівновага моментів не відновиться і частота обертання ротора безперервно зменшуватиметься до повної зупинки двигуна.

Якщо до вала двигуна прикласти гальмівний момент, то рівнова­га моментів не відновиться і ротор двигуна зупиниться.

Обертаючий момент двигуна прямо пропорційний квадратові при­кладеної напруги, бо прямо пропорційні напрузі магнітний потік і сила струму в роторі. Тому зміна напруги в мережі обумовлює знач­ну зміну обертаючого моменту.