29. Механические характеристики асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах
Режимы работы асинхронной машины.
а — двигательный;
б — генераторный;
в — тормоза;
г — трансформатора (или короткого замыкания).
2.2.1. Двигательный режим
Работа машины электродвигателем частично рассмотрена в подразд. 2.1. Разгону двигателя предшествует его пуск. При пуске трехфазная обмотка статора подключается к сети. Протекающий ток создает вращающееся магнитное поле, оно вращается с частотой n1, но ротор в силу инерционности небольшой момент времени остается неподвижным, n = 0, тогда при пуске
.
(2.2)
По мере разгона частота вращения ротора n будет расти, а скольжение S уменьшаться. Скольжение, соответствующее номинальной нагрузке двигателя называют номинальным Sн. Для асинхронных двигателей общего назначения Sн = (1¸8) %, при этом для двигателей большой мощности Sн = 1 %, а для двигателей малой мощности Sн = 8 %.
При помощи постороннего двигателя частота вращения ротора машины может быть увеличена до скорости вращения магнитного поля, т. е. n = n1
При этом скольжение
.
(2.3)
В этом случае ротор и поле будут взаимно неподвижны, а токи в роторе и электромагнитные силы исчезнут. Такой режим называют идеальным холостым ходом асинхронной машины.
2.2.2. Генераторный режим
Если обмотку статора включить в сеть, а ротор асинхронной машины посредством приводного двигателя вращать в направлении вращения магнитного поля статора с частотой n > n1. Так как ротор будет обгонять поле статора, то направление движения ротора относительно поля статора изменится на обратное, по сравнению с двигательным режимом. При этом скольжение станет отрицательным
.
(2.4)
Эдс, наведённая в обмотке ротора, изменит свое направление. Токи и электромагнитный момент ротора изменят свое направление. Такой момент будет противодействовать вращению приводного двигателя. Таким образом, асинхронная машина, ротор которой вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой, превышающей частоту поля, является генератором.
Скольжение асинхронной машины в генераторном режиме может изменяться в диапазоне 0 > S –¥, т. е. оно принимает любые отрицательные значения.
2.2.3. Режим электромагнитного тормоза
В режиме электромагнитного тормоза асинхронная машина работает тогда, когда её ротор и магнитное поле вращаются в разных направлениях. Например, машина работает в двигательном режиме. Если изменим порядок чередования фаз, подводимого к обмоткам статора напряжения, то вращающееся поле статора изменит направление вращения на обратное. При этом ротор асинхронной машины под действием сил инерции будет продолжать вращение в прежнем направлении, т.е. ротор и поле статора будут вращаться в противоположных направлениях. В этих условиях электромагнитный момент машины, направленный в сторону вращения поля статора, будет оказывать на ротор тормозящее действие.
В режиме электромагнитного торможения частота вращения ротора по отношению к частоте вращения поля статора является отрицательной; поэтому скольжение имеет положительное значение
.
(2.5)
Скольжение асинхронной машины в режиме торможения противовключением может изменяться в диапазоне 1 < S < +¥, т. е. принимать любые положительные значения больше единицы.
Режим работы асинхронной машины и зависимость скольжения от частоты вращения ротора иллюстрируется на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Режимы работы асинхронной машины
2.3. Линейная скорость вращающегося магнитного поля
Частота вращения магнитного поля статора n1 (синхронная частота вращения n0) в несистемной единице измерения
,
(2.6)
где f1 – частота переменного тока питающей сети; p – число пар полюсов.
Перемещение магнитного поля происходит по внутренней поверхности статора, диаметр которого Da, тогда линейная скорость перемещения магнитного поля следующее
(2.7)
а в секунду
.
(2.8)
Линейная скорость ротора незначительно отличается от линейной скорости магинтного поля статора. Это позволяет сравнивать ее с допустимой скоростью вращения, так как она определяет механическое крепление обмотки в пазах вращающегося ротора.