4. Электромеханические свойства асинхронных электродвигателей

4.1 Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором

На горных предприятиях наиболее широко применяются асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Для привода мощных механизмов и передвижных машин применяют двигатели с фазным ротором.

Достоинства асинхронных электродвигателей (АД) – простота устройства, надежность, экономичность. Недостатки – сложность регулирования ω, квадратичная зависимость М_к от U (М_к – U²), плохие пусковые характеристики, небольшой пусковой момент при большем пусковом токе I_пуск.

Работа АД основана на принципе взаимодействия вращающего магнитного поля статора с обмотками ротора. Скорость вращения магнитного поля статора равна синхронной и определяется уравнением: , рад/с или , об/мин,

где ƒ – частота питающей сети, ρ – число пар полюсов,  – угловая скорость, n – частота вращения.

Вращающееся магнитное поле, пересекая обмотки статора и ротора, индуктируют в них ЭДС – ЭДС ротора создает в проводах ротора ток, который взаимодействует с полем статора, вызывает электромагнитный момент, действующий по направлению вращения поля. Скорость вращения ротора несколько меньше скорости вращения поля статора. Отношение разности этих скоростей к скорости называется скольжением S.

или .

S зависит от потерь в обмотках ротора. Чем больше нагрузка, тем больше S, так как растет ток обмоток ротора.

Вращающий момент, развиваемый электродвигателем, зависит от активной составляющей тока ротора I_р.а. и определяется из равенства:

При критической величине скольжения S_кр ток I_р.а. достигает максимума и при дальнейшем росте скольжения ток I_р.а. уменьшается, следовательно, уменьшается и вращающий момент М_g несмотря на рост тока I_р.а.

Зависимость М_{g =} ƒ(S) определяется уравнением

берется из паспортных данных электродвигателя, определяется из уравнения . Здесь - перегрузочная способность, получена из предыдущих уравнений при значении .

Пример 1:

Построим естественную механическую характеристику для асинхронного двигателя с параметрами P_н = 30 кВт, U_н = 380В, n_н =1460 об/мин, λ = 2,2.

;

;

;

Зададимся различными значениям S в уравнении

и сведем результаты вычисления М и n в таблицу 1, по расчетным данным построим механическую характеристику, рис.13.

Таблица 1

S	0	0,0266	0,04	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
n	1500	1460	1440	1350	1200	900	600	300	0
M	0	200	324	410	328	209	138	100	82

Участок характеристики от S = 0 до S = является почти прямой линией со слабым наклоном. Это рабочая часть характеристики, имеющая жесткий характер. Участок характеристики S = до S = 1 имеет гиперболический характер и называется нерабочим, так как здесь электродвигатель работает только при пуске и торможении.

Жесткость механической характеристики объясняется тем, что она зависит прямо пропорционально от активного сопротивления ротора, которое делается небольшим для увеличения КПД и снижения потерь в роторе. Этим объясняется то, что при номинальном моменте скольжение уменьшается всего лишь на 4%.

Недостаток асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором – это малый пусковой момент М_пуск для общепромышленных АД при большом пусковом токе. Для увеличения М_пуск необходимо увеличить сопротивление ротора R_р, но это приведет к уменьшению КПД двигателя. Поэтому для мощных машин и механизмов применяют асинхронные двигатели с фазным ротором, которые допускают включение добавочного сопротивления в цепь роторных обмоток.