Влияние изменения напряжения источника питания на механические характеристики асинхронной машины

Для изменения напряжения, подводимого к статорной обмотке асинхронной машины, применяются регулируемые источники напряжения, например, автотрансформатор, индукционный регулятор, тиристорный регулятор напряжения и др.

Пусть частота напряжения, подводимого к обмотке статора, ос­тается неизменной f₁=const. Как влияет изменение напряже­ния источника питания на механические характеристики асинхронной машины?

В пределах рабочего участка механической характеристики (-S_K<S<S_K), когда ток статора не превышает существенно номинального значения, ЭДС двигателя Е₁ незначительно отличает­ся от напряжения сети U₁, поэтому можно приближенно записать

U₁≈E₁=4,44f₁w₁Ф_m.

Из формулы следует, что при условии f=const изменение на­пряжения приводит к соответствующему изменению магнитного потока асинхронной машины. Так как в номинальном режиме магнитная цепь двигателя насыщена рис.10, то подача на обмотку статора напряжения выше

Рис.10. Кривая намагничивания асинхронного двигателя.

номинального приводит к значительному увеличении то­ка намагничивания I₁₀. У двигателей общепромышленного назначения ток холостого хода составляет I₁₀=(0,25..0,35)I_1НОМ, по­этому повышение напряжения на 20..30% может увеличить ток хо­лостого хода до значений, превышающих номинальный ток I_1НОМ и двигатель может нагреться этим

током сверх допустимой температуры даже при отсутствии полезной нагрузки на его валу. Поэтому в дальнейшем будет рассматриваться влияние на механические характеристики асинхронной машины только изменения напряжения от номинального значения до нуля.

Итак, пусть напряжение U₁, подаваемое на статорную обмот­ку асинхронного двигателя, уменьшается от номинального значения. Угловая скорость вращения магнитного поля не зависит от напряже­ния ω₁=2πf/p, следовательно, все механические характеристи­ки пройдут через одну точку на оси ординат, соответствующую режиму идеального холостого хода асинхронного двигателя (S=О). Момент, развиваемый двигателем при любом скольжении, пропорцио­нален квадрату приложенного напряжения (56), а токи обмоток статора и ротора пропорциональны приложенному напряжению (52) и (53);

I₁=U₁[1/Z_m+ 1/(Z₁+Z ^/_2S)].

u₁₁>u₁₂>u₁₃

Рис.11. Механические характеристики асинхронного двигателя при изменении напряжения источника питания

Из приведенного на рис.11 семейства механических характеристик асинхронной машины при изменении напряжения видно, что критичес­кое скольжение для всех характеристик остается неизменным, не­зависящим от приложенного напряжения (57)

Крутизна характеристик при понижении напряжения возрастает, но так как S_к остается неизменным, то регулирование скорости дви­гателя возможно лишь в узких пределах.

Коэффициент мощности при понижении напряжения имеет тенден­цию к увеличению, особенно заметному при небольших нагрузках, так как уменьшается намагничивающий ток двигателя.

Чтобы определить, как влияет изменение напряжения на КПД двигателя, примем момент статического сопротивления М_С, созда­ваемый рабочей машиной, постоянным, не зависящим от угловой ско­рости вращения. Тогда при уменьшении напряжения механические по­тери остаются практически без изменения, потери в стали уменьша­ются приблизительно пропорционально квадрату напряжения источни­ка питания, потери в обмотке ротора увеличиваются пропорциональ­но I₂² (ΔР_Э2=m₂I₂²r₂, M_C=M=C_MI₂’Ф_m, при уменьшении магнитного потока Ф_m возрастает ток ротора I₂’ с тем, чтобы момент оставался постоянным), потери в обмотке ста­тора зависят от соотношения между токами I₁₀ и I₂, из которых ток намагничивания I₁₀ уменьшается, а ток ротора возрастает. В целом КПД асинхронного двигателя при малых нагрузках с уменьшением напряжения возрастает, а при увеличении нагрузки падает.

Приведенный выше анализ влияния изменение напряжения источ­ника питания на механические характеристики асинхронной машины выполнен без учета влияния насыщения стали и вытеснения токов в стержнях обмотки ротора короткозамкнутого асинхронного двигателя. Эти явления приводят к еще большему уменьшению значений мо­мента и тока асинхронного двигателя при уменьшении напряжения, подводимого к обмотке статора, по сравнению с теми значениями, которые определяются по формулам (52) и (56).