Асинхронні двигуни в процесі експлуатації працюють з навантаженнями на валу від холостого ходу до номінальної. Напруга і частота мережі можуть зберігати номінальні значення або тривалий час змінюватися в залежності від режиму роботи енергосистеми. Під навантажувальними властивостями асинхронного двигуна при відхиленнях напруги і частоти маються на увазі зміни основних параметрів, що характеризують його сталий режим, -ЕДС магнітного потоку, крутного моменту, ковзання і частоти ротора, модуля і фази струму ротора, що намагнічує струму, модуля і фази струму статора.
Зустрічається необхідність використання двигуна для роботи в мережі з напругою і частотою, що відрізняються від його номінальних значень, у випадках:
а) застосування двигунів, розрахованих на частоту 60 Гц, в мережі з частотою 50 Гц;
б) роботи двигуна з нормальним з'єднанням обмотки статора в зірку, в мережі іншого номінального напруги - при з'єднанні обмотки статора в трикутник;
в) перемикання обмотки статора на зірку замість нормального з'єднання трикутником для зменшення втрат активної потужності і споживання реактивної потужності незавантажених двигунів.
Розглянемо спочатку в загальних чертax явища, що відбуваються в двигуні при відхиленні від номінальних значень навантаження на валу (моменту опору приводиться двигуном механізму), напруги і частоти мережі живлення. За основними параметрами режиму визначаються такі важливі фактори, як нагрів активних частин двигуна, зміна втрат і ККД, споживання з мережі активної і реактивної потужностей, зміна початкового обертального моменту при нерухомому роторі (для оцінки можливості пуску двигуна при відхиленнях напруги і частоти).
Визначимо загальний характер зміни перерахованих вище величин, виходячи з основних співвідношень, приймаючи для спрощення момент опору механізму не залежних від кутової швидкості ротора. Зміна навантаження на валу двигуна при номінальній напрузі і частоті живильної мережі. Розглянемо вплив збільшення навантаження на валу на основні параметри усталеного режиму. Внаслідок збільшення навантаження кутова швидкість ротора дещо знижується, а отже, ковзання збільшується до такого значення, при якому крутний момент двигуна врівноважує підвищений момент опору. Оскільки при ковзаннях менше критичного опір статора становить незначну частку загального опору двигуна, то ЕРС, магнітний потік і намагнічує струм практично не змінюються при зміні навантаження.
Збільшення крутного моменту двигуна супроводжується відповідним збільшенням струму ротора. Зі збільшенням ковзання зростає фазний кут наведеного струму ротора, що призводить до збільшення реактивного струму двигуна, практично дорівнює сумі індуктивного намагнічує струму і реактивної складової наведеного струму ротора. У зв'язку із зростанням активної і реактивної складових струму статора останній також зростає при збільшенні навантаження на валу. Збільшення струмів ротора і статора зумовлює зростання втрат в міді обмоток.
У двигунів нормального виконання з короткозамкіутим і з фазним роторами при нормальній роботі з закороченому реостатом кутова швидкість ротора при зміні навантаження в межах номінальної змінюється незначно і тому потужність на валу збільшується практично пропорційно моменту опору. У зв'язку зі збільшенням реактивного струму двигуна при збільшенні навантаження збільшується реактивна потужність, споживана з мережі. При зменшенні навантаження на валу ковзання, струм ротора і його фаза, а також ток статора зменшуються, що призводить до зниження споживання двигуном з мережі активної і реактивної потужностей.
При визначенні корисної потужності на валу двигунів з підвищеним ковзанням, а також двигунів з фазним ротором, що працюють нормально з регулювальним реостатом, слід враховувати зміну кутової швидкості ротора. Зміна напруги при номінальній частоті. Припустимо, що напруга, що підводиться до обмотки статора двигуна, що працює з постійним моментом опору, зменшилася. Внаслідок зменшення напруги зменшуються ЕРС двигуна і магнітний потік. Момент, що обертає двигуна, пропорційний квадрату напруги, виявиться при колишньому ковзанні менше, ніж момент опору, і ковзання двигуна збільшиться до такого значення, при якому знову настане рівність між зазначеними моментами.
Збільшення ковзання викличе зростання струму ротора і збільшення кута зсуву між наведеним струмом ротора і напругою мережі. При зменшенні напруги намагнічує струм зменшується, а струм статора, рівний геометричній сумі наведеного струму ротора і струму холостого ходу, в залежності від завантаження і співвідношення між намагнічує струмом і струмом ротора може збільшитися або зменшитися. При збільшенні напруги збільшаться ЕРС і магнітний потік, а ковзання і ток ротора зменшаться. Намагнічує струм збільшиться, а струм статора може збільшитися або зменшитися залежно від завантаження двигуна і зазначеного вище.
Таким чином, зниження напруги завжди викликає збільшення струму ротора, а збільшення напруги - зменшення струму ротора. Робота з напругою, зниженим більш ніж на 5% номінального, допустима згідно ГОСТ 183-74 тільки за умови, що навантаження двигуна менше номінальної. При недотриманні цієї обставини можливий перегрів обмотки ротора і, як наслідок, її передчасний знос. Потужність, що розвивається двигуном, залишиться практично без зміни, так як кутова швидкість ротора зміниться незначно.
Зміна частоти при номінальній напрузі
Розглянемо випадок, коли двигун з постійним моментом опору на валу харчується при номінальній напрузі від мережі з частотою менше номінальної. Зменшення частоти викличе збільшення магнітного потоку і збільшення крутного моменту. Оскільки момент опору залишається постійним, ковзання зменшиться так, щоб збереглося рівновагу між крутним моментом двигуна при зниженій частоті і моментом опору. Внаслідок збільшення потоку зменшиться струм ротора, а струм холостого ходу збільшиться. Струм статора може збільшитися або зменшитися, так само як для випадку підвищення напруги. Таким чином, зниження частоти практично рівнозначно збільшенню напруги.
Отже, якщо при зниженні частоти відповідно зменшити напругу, то магнітний потік, а отже, і струми холостого ходу, ротора і статора залишаться такими ж, як і при нормальній роботі. При цьому матиме місце деяка зміна втрат в сталі, а отже, і активної складової струму холостого ходу. Ці зміни практично не позначаться на струмі статора. Однак істотною відмінністю від розглянутих вище двох режимів буде значна зміна кутової швидкості ротора, практично пропорційною частоті статора.
У всіх випадках, коли має місце зміна кутової швидкості ротора двигуна, відбувається зміна корисної потужності на валу і продуктивності механізму. Корисна потужність на валу змінюється пропорційно добутку моменту опору на кутову швидкість. Тому для розгляду режиму роботи двигунів при будь-яких значеннях навантаження на валу, напруги і частоти мережі живлення необхідно знати характеристики моментів опору механізмів