7.1.4. Робочі процеси в асинхронній машині.

Нехай до обмоток статора машини підключена система трифазних напруг, яка створює відповідні струми і виникає обертове із частотою n₁ магнітне поле. Поле буде перетинати витки ротора, в кожному з яких утвориться ЕРС Е₂ = 4,44f₁Ф_m, де f₁ = n₁ – циклічна частота струму в котушках. Ця величина ЕРС виникає одразу при підключенні напруг до обмоток статора при ще нерухомому роторі.

ЕРС в роторі, що обертається. Коли ротор почне обертатись, то швидкість перетинання витків ротора полем статора буде дорівнювати n_2s = n₁ – n₂ і ЕРС в роторі дорівнюватиме Е_2s = 4,44w₂f_2sФ_m = 4,44w₂ f₂ Ф_m = E₂·s.

Частота струму в роторі f_2s = f₂·s.

Реактивний опір роторної обмотки складе x_2s = 2π·f_2s·L₂ = 2π·f₂·s = x₂·s.

Струм у роторі, що обертається набуває значення:

, де r₂ – активний опір роторної обмотки.

Залежність струму I_2s(s) показана на рис. 7.7.

Оскільки первинне коло фази асинхронної машини нічим не відрізняється від фази трансформатора, то можна представити спрощену схему заміщення фази асинхронної машини (див. п. 6.2.4), що показано на рис. 7.8.

Рис. 7.8.

Цю схему легко перетворити в іншу, якщо резистор r'₂/s представити у виді . Тоді отримаємо остаточну спрощену схему заміщення фази асинхронної машини (рис. 7.9).

Рис. 7.9.

Всі параметри схеми, крім навантаження , не залежать від s. Потужність, яка створюється на навантаженні , буде електромагнітною потужністю, що створюється фазою.

Повна активна потужність асинхронної машини дорівнює . Вона виділяється на валу.

Обертовий момент на валу асинхронної машини дорівнює M_об = 3P_фΩ₂, де Ω₂ – кутова частота обертання валу, яка дорівнює .

Підставляючи у формулу для потужності асинхронної машини необхідні величини, отримаємо:

.

Залежність М_об(s) називається механічною характеристикою асинхронної машини. Вона для асинхронного двигуна має вид, показаний на рис. 7.10.

На характеристиці можна відмітити:

• максимальний або критичний момент М_кр;

• пусковий момент М_пуск (при пуску двигуна, тобто при s = 1 або n₂ = 0);

• номінальний момент М_ном, що відповідає номінальному режиму роботи двигуна (йому відповідає номінальна частота обертання ротора n_2 ном, що вказується в паспорті двигуна).

Щоб двигун почав обертатись під навантаженням, необхідно, щоб його пусковий момент був більшим за гальмуючий пусковий момент механізму, на який працює двигун. Двигун розганяється у відповідності з механічною характеристикою: розгін починається з точки с, потім проходиться точка b і двигун опиняється в сталому режимі, тобто обертається з частотою n₂ на ділянці а–b в точці, що відповідає умові М = М_г (де М_г – гальмуючий момент). Отже, ділянка c–b відповідає розгону, а ділянка а–b – робочому режиму, на якій при зміні обертового моменту М від 0 до М_кр частота обертання двигуна змінюється мало.

Стійка робота двигуна, тобто робота при n₂  const, можлива тільки на ділянці а–b. Як це було показано раніше, – як би не змінювався гальмуючий момент, в межах ділянки а–b двигун може так змінити обертовий момент, що умова його стійкої роботи завжди зберігається. В цьому полягає властивість внутрішнього саморегулювання асинхронного двигуна.

Коли гальмуючий момент стає рівним максимальному (критичному), обертовий момент почне зменшуватись і рівність М = М_г стає неможливою.

За значенням відношення М_кр / М_ном =  можна судити про перевантажувальну здатність двигуна. В асинхронних двигунах  = 1,7  2,5.

Д вигуну з фазним ротором відповідає родина механічних характеристик (рис. 7.11).

Звичайно робота двигуна відповідає залежності з R_p = 0. Ця характеристика аналогічна характеристиці двигуна з короткозамкнутим ротором і має назву природна.

Якщо трифазний реостат в колі ротора вивести на максимальний опір, то можна збільшити пусковий момент, а потім, зменшуючи опір реостату до нуля, вивести двигун в найбільш сприятливий режим.

Механічні характеристики, що отримані при введені реостату в коло фазного ротора, називається реостатними.

Обертовий момент і ковзання, що відповідають роботі двигуна при повному навантаженні, називаються номінальним моментом М_ном і номінальним ковзанням s_ном.