§ 92. Момент, що обертає асинхронного двигуна
Момент, що обертає асинхронного двигуна створюється при взаємодії обертового магнітного поля статора з струмами в провідниках обмотки ротора. Тому що обертає момент залежить як від магнітного потоку статора φ, так і від сили струму в обмотці ротора I2. Однак в створенні крутного моменту бере участь тільки активна потужність, споживана машиною з мережі. Внаслідок цього крутний момент залежить не від сили струму в обмотці ротора I2. а тільки від його активної складової, т. е. I2 cos φ 2. де φ 2 - фазний кут між е. д. з. і струмом в обмотці ротора.
Таким чином, крутний момент асинхронного двигуна визначається наступним виразом:
де С - конструктивна стала машини, що залежить від числа її полюсів і фаз, числа витків обмотки статора, конструктивного виконання обмотки і прийнятої системи одиниць.
При умові постійних прикладеної напруги і зміні навантаження двигуна магнітний потік залишається також майже постійним.
Таким чином, в вираженні крутного моменту величини С і φ постійні і крутний момент пропорційний тільки активною складовою струму в обмотці ротора, т. Е.
Зміна навантаження або гальмівного моменту на валу двигуна, як вже відомо, змінює і швидкість обертання ротора, і ковзання.
Зміна ковзання викликає зміна як сили струму в роторі I2. так і її активної складової I2 cos φ2.
Можна силу струму в роторі визначити відношенням е. д. з. до повного опору, т. е. на підставі закону Ома
де Z2. r2 і x2 - повне, активний і реактивний опори фази обмотки ротора,
E2 - е. д. з. фази обмотки ротора.
Зміна ковзання змінює частоту струму ротора. При нерухомому роторі (n2 = 0 і S = 1) обертається поле з однаковою швидкістю перетинає провідники обмотки статора і ротора і частота струму в роторі дорівнює частоті струму мережі (f2 = f1). При зменшенні ковзання обмотка ротора перетинається магнітним полем з меншою частотою, внаслідок чого частота струму в роторі зменшується. Коли ротор обертається синхронно з полем (n2 = n1 і S = 0), провідники обмотки ротора не перетинаються магнітним полем, так що частота струму в роторі дорівнює нулю (f2 = 0). Таким чином, частота струму в обмотці ротора пропорційна ковзанню, т. Е.
Активний опір обмотки ротора майже не залежить від частоти, тоді як е. д. з. і реактивний опір пропорційні частоті, т. е. змінюються зі зміною ковзання і можуть бути визначені наступними виразами:
де Е і X - е. д. з. і індуктивне опір фази обмотки для нерухомого ротора відповідно.
Таким чином, маємо:
і крутний момент
Отже, при невеликих ковзаннях (приблизно до 20%), коли реактивний опір Х2 = S X мало в порівнянні з активним r2. збільшення ковзання викликає збільшення крутного моменту, так як при цьому зростає активна складова струму в роторі (I2 cos φ2). При великих ковзаннях (S X більше, ніж r2) збільшення ковзання буде викликати зменшення крутного моменту.
Таким чином, при збільшенні ковзання (його великих значеннях) хоча і підвищується сила струму в роторі I2. але її активна складова I2 cos φ2 і, отже, обертовий момент зменшуються внаслідок значного зростання реактивного опору обмотки ротора.
На рис. 115 показана залежність крутного моменту від ковзання. При деякому ковзанні Sm (приблизно 12 - 20%) двигун розвиває максимальний момент, який визначає перевантажувальну здатність двигуна і зазвичай в 2 - 3 рази перевищує номінальний момент.
Стійка робота двигуна можлива тільки на висхідній гілці кривої залежності моменту від ковзання, т. Е. При зміні ковзання в межах від 0 до Sm. Робота двигуна на низхідній гілці зазначеної кривої, т. Е. При ковзанні S> Sm. неможлива, так як тут не забезпечується стійка рівновага моментів.
Якщо припустити, що обертає момент дорівнював гальмівного (mвр = Mторм) в точках A і Б. то при випадковому порушенні рівноваги моментів в одному випадку воно відновлюється, а в іншому не відновлюється.
Припустимо, що обертає момент двигуна чомусь зменшився (наприклад, при зниженні напруги мережі), тоді ковзання почне збільшуватися. Якщо рівновага моментів було в точці А. то збільшення ковзання викличе зростання крутного моменту двигуна і він стане знову рівним гальмівним моментом, т. Е. Рівновага моментів відновиться при збільшеному ковзанні. Якщо ж рівновага моментів було в точці Б. то збільшення ковзання викличе зменшення крутного моменту, який буде залишатися завжди менше гальмівного, т. Е. Рівновага моментів не відновиться і швидкість обертання ротора буде безперервно зменшуватися до повної зупинки двигуна.
Таким чином, в точці А машина буде працювати стійко, а в точці Б стійка робота неможлива.
Якщо прикласти до валу двигуна гальмівний момент, більший максимального, то рівновага моментів не відновиться і ротор двигуна зупиниться.
Момент, що обертає двигуна пропорційний квадрату прикладеної напруги, так як пропорційні напрузі як магнітний потік, так і сила струму в роторі. Тому зміна напруги в мережі викликає зміна крутного моменту.