Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Рабочие характеристики асинхронного двигателя представляют собой графически выраженные зависимости частоты вращения , КПД , полезного момента (момента на валу) , коэффициента мощности и тока статора от полезной мощности при и .
Скоростная характеристика . Частота вращения ротора асинхронного двигателя
Рис. 62. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Скольжение по (13.5) , (13.24) т. е. скольжение двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяются отношением электрических потерь в роторе к электромагнитной мощности . Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно принять , а поэтому и . По мере увеличения нагрузки на валу двигателя отношение (13.24) растет, достигая значений 0,01-0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость представляет собой кривую, слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора угол наклона этой кривой увеличивается. В этом случае изменения частоты вращения при колебаниях нагрузки возрастают. Объясняется это тем, что с увеличением возрастают электрические потери в роторе [см. (13.3)].
Зависимость . Зависимость полезного момента на валу двигателя от полезной мощности Р2 определяется выражением
, (13.25)
где: – полезная мощность, Вт; – угловая частота вращения ротора.
Рис. 63. Векторная диаграмма асинхронного двигателя при большой нагрузке
Из этого выражения следует, что если , то график представляет собой прямую линию. Но в асинхронном двигателе с увеличением нагрузки частота вращения ротора уменьшается, а поэтому полезный момент на валу с увеличением нагрузки возрастает несколько быстрее нагрузки, а следовательно, график имеет криволинейный вид.
Зависимость . В связи с тем что ток статора имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необходимую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности асинхронных двигателей меньше единицы. Наименьшее значение коэффициента мощности соответствует режиму х.х. Объясняется это тем, что ток х.х. при любой нагрузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной части является реактивным . В результате сдвиг по фазе тока статора относительно напряжения получается значительным , лишь немногим меньше 90° (рис. 63). Коэффициент мощности асинхронных двигателей в режиме х.х. обычно не превышает 0,2.
Рис. 64. Зависимость , от нагрузки при соединении обмотки статора
звездой (1) и треугольником (2)
При увеличении нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего значения (0,80—0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается уменьшением , что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора 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 целесообразно подводимое к двигателю напряжение 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 примерное раз. Кроме того, активная составляющая тока статора несколько увеличивается. Все это способствует повышению коэффициента мощности двигателя. На рис. 64 представлены графики зависимости асинхронного двигателя от нагрузки при соединении обмоток статора звездой (кривая 1) и треугольником (кривая 2).