Естественные механическая и электромеханическая характеристика асинхронного двигателя (АД)

Основным методом анализа установившихся режимов асинхронного двигателя является использование схем замещения. При этом обычно рассматриваются явления, относящиеся к одной фазе двигателя при соединении обмоток статора и ротора в звезду. Одной из таких схем является Т-образная схема замещения, изображенная на рис. 3.11.1 (в ней не учитываются потери в стали машины).

В соответствии с этой схемой для основных величин, характеризующих работу АД, в курсе электрических машин получены такие выражения:

Приведенный ток ротора

;

Электромагнитная мощность:

;

Электромагнитный момент:

Критический момент:

;

Номинальное и критическое скольжения:

; ;

Т.к в АД при отсутствии в цепи ротора добавочного сопротивления r₁@r'₂, то можно найти соотношение

и

Здесь – перегрузочная способность двигателя по М. Поделив М на М_КР, после преобразований получим уравнение механической характеристики АД, называемое уравнением Клосса.

Задаваясь различными значениями скольжения, можно построить естественную механическую характеристику двигателя во всем возможном диапазоне изменения скольжения. На рис. 3.11.2 приведены естественные характеристики АД для прямого и обратного действия электромагнитного момента.

Если пренебречь активным сопротивлением r₁ обмотки статора, что вполне допустимо для АД большой мощности, то e=0 и уравнение механической характеристики принимает вид (это тоже формула Клосса):

.

В значительном числе случаев работа АД нормально протекает при S от 0 до (1,2¸1,5)S_H, т.е. при S<(0,35¸0,4)S_KP. Это обстоятельство позволяет в упрощенном выражении механической характеристики пренебречь отношением , которое в 8÷10 раз меньше . В этом случае механическая характеристика АД может быть представлена прямой, описываемой уравнением (в пределах до М_Н):

.

Следует иметь в виду, что формулы Клосса достаточно точно описывают механические характеристики АД с фазным ротором. В к.з. АД, выпускаемых обычно с относительно глубокими пазами в роторе, либо с двойной беличьей клеткой, имеется в той или иной степени явление вытеснения тока в стержнях ротора. Поэтому их параметры непостоянны и механические характеристики значительно отличаются от характеристик, рассчитанных по формулам Клосса. Однако, эти формулы благодаря своей простоте позволяют выполнять многие расчеты и делать общие заключения о свойствах и работе АД. В тех же случаях, когда необходима большая точность, должны использоваться экспериментально снятые механические характеристики. У некоторых к.з. АД при малых скоростях механическая характеристика имеет провал, (см. рис.3.11.3), вызванный влиянием высших гармоник поля, с чем следует считаться при пуске двигателя под нагрузкой.

Электромеханические характеристики АД представляют собой зависимости и . Т.к. ток ротора является основной величиной для оценки режима работы двигателя, рассмотрим зависимость .

При использовании формулы

это не всегда удается сделать ввиду отсутствия данных о сопротивлениях обмоток двигателя. В связи с этим для получения зависимости воспользуемся формулой Клосса и выражением электромагнитного момента.

,

Отсюда

При номинальном режиме:

: отсюда

Подставляя 3r₂’ в выражение для I₂’, получим уравнение электромеханической характеристики:

т.к. при отсутствии в цепи ротора добавочного сопротивления и .

Задаваясь величиной S, получим графическую зависимость . Она изображена на рис. 3.11.4.