Свойство саморегулирования вращающего момента в соответствии с нагрузкой на валу.

Асинхронные двигатели обладают свойством саморегулирования. Оно заключается в следующем: при изменении противодействующего момента (момента сопротивления), создаваемого рабочим механизмом, автоматически изменяется вращающий момент двигателя и восстанавливается нарушенное равновесие моментов на валу.

Установившийся режим работы двигателя с постоянной скоростью вращения возможен только при равенстве моментов на валу – электромагнитного вращающего момента М и противодействующего момента (момента сопротивления) М_с.

Если внезапно увеличится противодействующий момент, то ротор начнет тормозиться. Скорость вращения ротора n будет падать, а скорость его скольжения относительно вращающегося поля, равная n₁ – n будет возрастать. При увеличении скорости скольжения будет увеличиваться ЭДС, наводимая в обмотках ротора и активные составляющие тока в проводниках ротора. В свою очередь, увеличение тока ротора приводит к увеличению электромагнитных сил и момента, действующих на ротор. С ростом вращающего момента уменьшение скорости ротора замедлится, а затем и вовсе прекратится и наступит повторно равновесие моментов: скорость ротора установится на новом, более низком уровне.

Уравнения двигателя.

Первый случай. Обмотка статора включена в сеть. Цепь ротора разомкнута.

В этом случае ротор не вращается n = 0. Под действием подведенного к статору напряжения U₁по обмотке статора течет ток холостого хода, создающий вращающийся магнитный поток. Вращающийся магнитный поток наводит в обмотках статора ЭДС Е₁, величина которой практически равна приложенному напряжению U₁. (Падением напряжения на активном сопротивлении обмотки статора и ЭДС рассеянья можно пренебречь).

,

где w₁ – число витков обмотки статора;

k_о1 – обмоточный коэффициент;

Ф_m – амплитуда магнитного потока.

,

где I₁ – ток статора;

r₁, x₁ – активное и реактивное сопротивление обмотки статора.

.

В асинхронном двигателе основной магнитный поток статора определяется главным образом приложенным напряжением. Основной поток наводит в фазе ротора ЭДС Е₂.

Второй случай. Обмотка статора включена в сеть. Ротор замкнут и заторможен.

В этом случае ЭДС Е₂ вызывает в короткозамкнутой обмотке ротора ток I₂. Этот ток образует магнитное поле, которое вращается с той же скоростью, что и создающий его ток ротора.

,

где I₂ – ток ротора;

r₂, x₂ – активное и реактивное сопротивление обмотки ротора.

Модуль тока ротора определяется как:

.

При этом частота ЭДС ротора равна f₂ =f. Следовательно, скорости полей статора и ротора одинаковы, т.е. эти поля неподвижны друг относительно друга. При заторможенном роторе частота ЭДС Е₂ и тока I₂ равна частоте питающей сети, т.е. 50 Гц.

Ток статора I₁, потребляемый двигателем, превышает его номинальное значение в 4-7 раз. Поэтому двигатель не должен оставаться длительно в заторможенном состоянии во избежание чрезмерного нагревания и возможного выхода его из строя.

Третий случай. Обмотка статора включена в сеть. Ротор замкнут и вращается.

Несмотря на то, что ротор вращается скорости полей статора и ротора одинаковы, т.е. эти поля неподвижны относительно друг друга. Частота ЭДС (тока), наводимой полем в роторе, равна частоте сети, умноженной на скольжение: .

ЭДС, наводимая во вращающемся роторе, равна ЭДС, наводимой в неподвижном роторе, умноженной на скольжение: .

Индуктивное сопротивление вращающегося ротора равняется индуктивному сопротивлению неподвижного ротора, умноженному на скольжение: .

Модуль тока ротора для этого случая определяется как

.

В режиме холостого хода при отсутствии нагрузки на валу токи ротора малы и вращающееся магнитное поле создается токами статора I_1x. С ростом нагрузки увеличиваются токи ротора, создающие свое магнитное поле и стремящиеся изменить результирующее поле, а вместе с ним и ЭДС Е₁ в фазах статорной обмотки. Небольшое изменение ЭДС Е₁ приводит к такому росту фазных токов I₁, при которых восстанавливается то же вращающееся магнитное поле, что и при холостом ходе.

Ток статора I₁ содержит две составляющие:

- I₁₁ – ток, создающий вращающееся магнитное поле;

- I₁₂ – ток, изменяющийся при нагрузке в соответствии с током ротора.

Ток I₁₂ определяет активную мощность Р₁, которая поступает из сети. Ток I₁₂ является активным током, т.е. совпадает по фазе с напряжением U₁. Сдвиг по фазе между напряжением U₁ и током I₁ зависит от нагрузки на валу: чем больше нагрузка, тем больше коэффициент мощности.

Векторная диаграмма фазы обмотки статора представлена на рис.6.

Рис. 6. Векторная диаграмма фазы обмотки статора.