Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя
4.5 Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя
4.5.1 Влияние активного сопротивления в цепи ротора
Включение симметричных активных сопротивлений в цепь ротора широко используется для ограничения пусковых токов и для изменения вида механической характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором. Эти двигатели используются в электроприводах подъёмных, транспортных и металлургических установок, а также в приводах вентиляторов, насосов, компрессоров и т.д.
Добавочное сопротивление 
в цепи ротора не изменяет критический момент двигателя 
, но вызывает увеличение скольжения:
. (4.17)
Вследствие этого у двигателей с контактными кольцами при введении сопротивления в цепь ротора максимум кривой момента смещается в сторону больших скольжений и механические характеристики будут располагаться ниже естественной (рис. 4.6). Соответствующим выборам можно настолько увеличить крутизну механической характеристики, чтобы критический момент имел место при пуске двигателя или даже был в области противовключения.
, т.е. 
Приближенно реостатные характеристики в рабочей их части могут быть приняты линейными. Это дает возможность при расчете сопротивлений, включаемых в ротор асинхронного двигателя, пользоваться методами, аналогичными методам, применяемым для двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Обычно требуется определить сопротивление дополнительного резистора 
, при включении которого АД будет иметь заданную искусственную механическую характеристику или она будет проходить через заданную точку с координатами 
и 
. При этом естественная механическая характеристика считается известной. Расчёт сопротивления может быть произведён несколькими способами в зависимости от того, как заданна искусственная характеристика.
Рекомендуемые материалы
Если искусственная характеристика заданна полностью и известны значения 
, 
и 
, отношение критических скольжений может быть найдено
.
Искомое значение 
в этом случае может быть найдено
или 
(4.18)
В то же время, считая характеристики в рабочей части линейными, можно записать, что
.
Отсюда
,
; 
(4.19)
Если искусственная характеристика заданна рабочей частью, то можно использовать метод отрезков, рассмотренный ранее для двигателей постоянного тока. Для этого проводится вертикальная линия при 
и отмечаются точки пересечения с характеристиками. Считая, что отрезки пропорциональны сопротивлениям в роторе, т.е.
, 
,
, 
и 
.
Сопротивление искомых резисторов может быть найдено
и т.д.
Если отсутствуют каталожные данные сопротивления обмотки ротора, оно может быть рассчитано
,
либо найдено по методу отрезков
где 
- номинальное сопротивление асинхронного двигателя, определяемое по формуле
Увеличение активного сопротивления вторичного контура улучшает 
. Это способствует увеличению активной составляющей тока ротора и, следовательно, момента двигателя. Но значительное увеличение сопротивления 
может настолько ограничить ток ротора, что его активная составляющая и пусковой момент двигателя будут малы даже при высоком значении .
4.5.2 Влияние индуктивного сопротивления в цепи ротора
Для обеспечения плавного разгона привода при малом числе ступеней ускорения в цепь ротора асинхронного двигателя включают наряду с активным также и индуктивное сопротивления. Применение индуктивных сопротивлений в цепи ротора (рис. 4.7) позволяет ограничить пусковой ток, а также обеспечить большее значение момента двигателя в процессе пуска. При включении реактора последовательно с активным сопротивлением в первый момент пуска двигателя при частоте тока ротора, равной частоте сети, индуктивное сопротивление реактора велико и оно ограничивает пусковой ток. По мере разгона двигателя ротора 
уменьшается, но одновременно с этим уменьшается и частота во вторичной цепи. При этом уменьшается и индуктивное сопротивление ротора, в результате чего ток ротора спадает не столь интенсивно, как при наличии только активного сопротивления.
В конце пуска замыкаются контакты K и двигатель выводится на естественную механическую характеристику.
При введении индуктивного сопротивления в цепь статора или ротора уменьшается критическое скольжение и максимальный момент. Механические характеристики асинхронного двигателя при этом будут иметь вид (рис.4.7).
4.5.3 Влияние напряжения питающей сети
Рассмотрим влияние изменения напряжения сети на механические характеристики асинхронного двигателя. Из выражений (4.7) и (4.11) следует, что ток ротора 
, а значит и 
пропорциональны приложенному напряжению, а момент двигателя его квадрату
, 
В то же время критическое скольжение 
от напряжения не зависит. Синхронная скорость АД 
также остаётся неизменной.
Уменьшение напряжения сети, не изменяя критического скольжения, приводит к значительному снижению максимального момента (рис. 4.8). Крутизна механических характеристик при снижении напряжения возрастает. Устойчивая работа АД при 
возможна только в интервале от 
до 
.
Например, при снижении напряжения на 30% критический момент снизится на 5% по сравнению с номинальным режимом. При пуске снижение напряжения может оказаться ещё большим из-за больших значений пускового тока. Поэтому при длинных линиях питания АД, а также для мощных АД, когда их мощность соизмерима с мощностью трансформаторной подстанции, необходимо выполнить расчёты, подтверждающие возможность нормального пуска при пониженных напряжениях. По этой же причине считается допустимым снижение напряжения после аварийных режимов в пределах 
% номинального значения. Особенно опасно снижение напряжения для приводов, которые запускаются под нагрузкой.
4.5.4 Влияние частоты питающей сети
Изменение частоты питающей сети приводит не только к изменению критического скольжения и максимального момента, но и синхронной скорости
, 
(4.22)
Если питать двигатель от источника пониженной частоты, то для обеспечения нормальных энергетических показателей необходимо соответственно снижать и напряжение.
Вместе с этой лекцией читают "Промысловая подготовка газа".
Действительно, если пренебречь потерей напряжения в статоре, то можно записать следующее приближенное выражение для напряжения на зажимах двигателя:
. (4.23)
Из этого выражения следует, что при 
с уменьшением частоты 
будет увеличиваться магнитный поток двигателя Ф. А так как двигатели выполняют с насыщенной магнитной системой, то это приведет к значительному увеличению намагничивающего тока. В результате увеличения потери в двигателе и уменьшится 
.
С изменением частоты f1 изменяется 
, а поэтому на характеристике может оказывать существенное влияние и сопротивление 
, роль которого с изменением может меняться. Например при значительном снижении частоты, когда влияние величины из – за уменьшения становится значительным, критический момент заметно уменьшается.
Критическое скольжение и синхронная скорость изменяются в одинаковой степени, критическое скольжение уменьшается с ростом частоты, и с уменьшением ее растет.
Характеристики в пределах рабочей части будут, параллельны друг другу с изменением частоты меняется и пусковой момент.
