Электромагнитный момент асинхронной машины

Электромагнитный момент возникает при наличии магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и тока в обмотке ротора. Можно показать, что электромагнитный момент определяется соотношением:

M=CΦI2cosψ2.

Здесь: – конструктивный коэффициент;
ω0=2πf/p – скорость вращения магнитного поля;
ψ2 – сдвиг по фазе между ЭДС и током ротора;
I2cosψ2 – активная составляющая тока ротора.

Таким образом, величина электромагнитного момента зависит от результирующего магнитного поля Φ и активной составляющей тока ротора.

На рис. 2.12 приведено пояснение влияния cosψ2 на величину электромагнитного момента: а) ψ2=0°, (cosψ2=1); б) ψ2=90°, (cosψ2=0).

Рис. 2.12.

Как следует из рис. 2.12.а, если ψ2=0°, в создании электромагнитного момента участвуют все проводники обмотки ротора, т.е. момент имеет наибольшее значение. Если ψ2=90° (рис. 2.12.б), результирующая электромагнитная сила и момент равны нулю.

В режиме двигателя при изменении нагрузки на валу изменяется частота вращения ротора, что приводит к изменению скольжения, частоты тока ротора, индуктивного сопротивления ротора и cosψ2. В результате изменяется вращающий момент. На рис. 2.13 приведено пояснение влияния индуктивного сопротивления ротора на угол ψ2: а) при S=1 (пуск в ход); б) при S≤1 (после разгона). Наибольшие значения ЭДС и частота тока ротора имеют в момент пуска в ход, когда скольжение S=1. При этом f2=f1, X2>>R2, угол ψ2 близок к 90° (рис. 2.13.а).

Рис. 2.13

За счет малого cosψ2 в момент пуска в ход асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент. Кратность пускового момента (по сравнению с номинальным) у них составляет

Mпуск/Mн=0,8÷1,8.

Причем большие цифры относятся к двигателям специальной конструкции с улучшенными пусковыми свойствами.

По мере разгона ротора двигателя частота тока ротора падает, уменьшается индуктивное сопротивление ротора X2S и угол ψ2 уменьшается (рис. 2.13.б). Это приводит к увеличению вращающего момента и дальнейшему разгону двигателя.

Подставим в выражение для электромагнитного момента соотношения для I2, cosψ2 и Φ, полученные ранее:

, , .

Тогда

M=C	E1E2R2S	,
4,44w1k1f[R22+(SX2)2]

Используя соотношение

	E1	=	w1k1	=kтр,
E2	w2k2

где: kтр – коэффициент трансформации асинхронной машины.

Выразим E2=E1/kтр, а E1 приравняем к напряжению U1, подведенному к обмотке статора (E1≈U1). В результате получим другое выражение для электромагнитного момента, которое удобно использовать при анализе работы машины, при построении ее характеристик

(*)

M=Cм	U12R2S	.
R22+(SX2)2

Из полученного выражения для электромагнитного момента следует, что он сильно зависит от подведенного напряжения (M∼U12). При снижении, например, напряжения на 10%, электромагнитный момент снизится на 19% (M∼(0,9U1)2=0.81U12). Это является одним из недостатков асинхронных двигателей, так как приводит на производстве к снижению производительности труда и увеличению брака.