Ток статора

Так как результирующее магнитное поле асинхронной машины не зависит от её режима работы, можно составить для одной фазы уравнение магнитодвижущих сил, приравняв магнитодвижущую силу в режиме холостого хода к сумме магнитодвижущих сил в режиме нагрузки.

İ₀ w ₁ k ₁=İ₁ w ₁ k ₁+İ₂ w ₂ k ₂

Отсюда İ₁=İ₀+İ ' ₂.

Здесь I ₀ – ток в обмотке статора в режиме идеального холостого хода, I' ₂=− I ₂(w ₂ k ₂)/(w ₁ k ₁) – составляющая тока статора, которая компенсирует действие магнитодвижущей силы обмотки ротора. Полученное выражение для тока статора отражает свойство саморегулирования асинхронной машины. Чем больше ток ротора, тем больше ток статора. В режиме холостого хода ток статора минимальный. В режиме нагрузки ток статора возрастает. Ток реального холостого хода асинхронной машины I ₀=(20÷60)% I _1н и значительно больше по сравнению с номинальным током, чем у трансформатора. Это объясняется тем, что величина тока I ₀ зависит от магнитного сопротивления среды, в которой создаётся магнитное поле. У асинхронной машины, в отличие от трансформатора, есть воздушный зазор, который создаст большое сопротивление магнитному полю.

2.3. Механическая характеристика асинхронного двигателя

Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f (M). Эту характеристику (рис. 2.12) можно получить, используя зависимость M = f (S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения.

Рис. 2.12

Так как S =(n ₀− n)/ n ₀, отсюда n = n ₀(1− S). Напомним, что n ₀=(60 f)/ p – частота вращения магнитного поля.

Участок 1-3 соответствует устойчивой работе, участок 3-4 – неустойчивой работе. Точка 1 соответствует идеальному холостому ходу двигателя, когда n = n ₀. Точка 2 соответствует номинальному режиму работы двигателя, ее координаты M _н и n _н. Точка 3 соответствует критическому моменту M _кр и критической частоте вращения n _кр. Точка 4 соответствует пусковому моменту двигателя M _пуск. Механическую характеристику можно рассчитать и построить по паспортным данным. Точка 1:

n ₀=(60 f)/ p,

где: p – число пар полюсов машины;
f – частота сети.

Точка 2 с координатами n _н и M _н. Номинальная частота вращения n _н задается в паспорте. Номинальный момент рассчитывается по формуле:

здесь: P _н – номинальная мощность (мощность на валу).

Точка 3 с координатами M _кр n _кр. Критический момент рассчитывается по формуле M _кр= M _нλ. Перегрузочная способность λ задается в паспорте двигателя n _кр= n ₀(1− S _кр), , S _н=(n ₀− n _н)/ n ₀ – номинальное скольжение.

Точка 4 имеет координаты n =0 и M = M _пуск. Пусковой момент вычисляют по формуле

M _пуск= M _нλ_пуск,

где: λ_пуск – кратность пускового момента задается в паспорте.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику, т.к. частота вращения ротора (участок 1–3) мало зависит от нагрузки на валу. Это одно из достоинств этих двигателей.

2.4. Пуск в ход асинхронного двигателя

В момент пуска в ход n =0, т.е. скольжение S =1. Т.к. токи в обмотках ротора и статора зависят от скольжения и возрастают при его увеличении, пусковой ток двигателя в 5 - 8 раз больше его номинального тока

I _пуск=(5÷8) I _н.

Как рассматривалось ранее, из-за большой частоты ЭДС ротора асинхронные двигатели имеют ограниченный пусковой момент

M _пуск=(0,8÷1,8) M _н.

Для пуска в ход двигателя необходимо, чтобы развиваемый им пусковой момент превышая момент нагрузки на валу. В зависимости от мощности источников питания и условий пуска используют разные способы пуска, которые преследуют цели: уменьшение пускового тока и увеличение пускового момента.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателей: прямое включение в цепь, пуск при пониженном напряжении, реостатный пуск, использование двигателей с улучшенными пусковыми свойствами.