3.9. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя (рис. 3.14) представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения n₂, КПД , полезного момента (момента на валу) М₂, коэффициента мощности cosφ₁, и тока статора I₁, от полезной мощности Р₂ при U₁=const и f₁=const.

Рис. 3.14. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Скоростная характеристика п₂ =f(Р₂).

Частота вращения ротора асинхронного двигателя

n₂=n₁(1-s).

Скольжение по (3.33)

(3.52)

т. е. скольжение двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности Р_эм.

Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять Р_э2=0, а поэтому s₀≈0 и п₂₀≈n₁,. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя отношение (8.1) растет, достигая значений 0.01÷0.08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n₂=f(P₂) представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс.

Однако при увеличении активного сопротивления ротора r₂ угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты вращения п₂ при колебаниях нагрузки Р₂ возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением r₂ возрастают электрические потери в роторе [см. (3.31)].

Механическая рабочая характеристика М₂=f(Р₂)

Зависимость полезного момента на валу двигателя М₂ от полезной мощности Р₂ определяется выражением

(3.53)

где Р₂ — полезная мощность, Bт;

— угловая частота вращения ротора.

Из этого выражения следует, что если n₂ = const, то график М₂ =f(Р₂) представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки Р₂ частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу М₂ с увеличением нагрузки возрастает несколько быстрее нагрузки, а следовательно, график М₂ = f(P₂) имеет криволинейный вид.

Зависимость cosφ₁=f(P₂)

В связи с тем, что ток статора I₁ имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы.

Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму ХХ. Объясняется это тем, что ток ХХ I₀ при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным (I₁≈I₀). В результате сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения получается значительным (φ≈φ₀), лишь немногим меньшим 90° (рис. 3.15).

Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме ХХ обычно не превышает 0,2. При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I₁ и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0.80÷0.90) при нагрузке, близкой к номинальной.

Рис.3.15. Векторная диаграмма асинхронного двигателя при небольшой нагрузке

Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается уменьшением cosφ₁, что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора (х₂s) за счет увеличения скольжения, а следовательно, и частоты тока в роторе. В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей чрезвычайно важно, чтобы двигатель работал всегда или, по крайней мере, значительную часть времени с нагрузкой, близкой к номинальной.

Это можно обеспечить лишь при правильном выборе мощности двигателя. Если же двигатель работает значительную часть времени недогруженным, то для повышения cosφ₁ целесообразно подводимое к двигателю напряжение U₁ уменьшить.

Например, в двигателях, работающих при соединении обмотки статора треугольником, это можно сделать, пересоединив обмотки статора в звезду, что вызовет уменьшение фазного напряжения в раз. При этом магнитный поток статора, а следовательно, и намагничивающий ток уменьшаются примерно в раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя.

На рис. 3.16 представлены графики зависимости cosφ₁ асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).

Рис. 3.16. Зависимость cosφ₁ от нагрузки при соединении обмотки статора звездой (1) и треугольником (2).

Вопросы для самопроверки

1. Поясните принцип действия асинхронной машины.

2. Охарактеризуйте режимы работы асинхронной машины.

3. Что называется скольжением асинхронной машины?

4. Запишите уравнения напряжений асинхронного двигателя?

5. Запишите уравнения МДС и токов асинхронного двигателя.

6. Начертите схемы замещения асинхронного двигателя.

7. Начертите векторную диаграмму асинхронного двигателя.

8. Какие потери существуют в асинхронном двигателе? Нарисуйте энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

9. Запишите формулу электромагнитного момента асинхронного двигателя.

10. Нарисуйте график механической характеристики асинхронного двигателя.

11. Как изменяются механические характеристики асинхронного двигателя в зависимости от изменения напряжения сети и активного сопротивления ротора?

12. Нарисуйте рабочие характеристики асинхронного двигателя.