Среднее профессиональное образование а. В. Грищенко, В. В. Стрекопытов электрические машины и преобразователи подвижного состава

Механическая характеристика. Для дальнейшего упрощения анализа примем, что ЭДС 
статора Е
1
при изменении s остается постоянной, т.е. пренебрежем изменением падения 
напряжения в обмотке статора. Однако это возможно только в известных пределах 
изменения нагрузки, токов и скольжения ротора двигателя, так как при больших значениях s 
падение напряжения в обмотке статора возрастает, а Е
1
соответственно снижается. Таким 
образом, если принять Е
1
= const, то выражение (4.8) превращается в зависимость М от одной 
независимой переменной скольжения s, т. е. мы получаем M = f(s), Как видно из 
графического изображения этой зависимости (рис. 4.8), при малых значениях скольжения 
преобладает влияние s в числителе формулы, соответственно чему момент двигателя М 
увеличивается почти пропорционально скольжению. Однако при значениях скольжения, 
больших некоторого критического значения s
кp
, начинает преобладать влияние слагаемого с 
s
2
в знаменателе формулы (4.8), и момент снижается с увеличением s. Наличие максимума на 
кривой M = f(s) объясняется следующим образом. Если принять Ф = const, то на изменение 
момента в выражении (4.7) будет влиять I
2
, который растет с увеличением s, и cosφ, который 
падает с увеличением s. Величина угла φ, как видно из рис. 4.6, связана с наличием 
проводников, в которых электромагнитная сила направлена против вращения поля. Таким 
образом, с увеличением s, т. е. с уменьшением частоты вращения ротора, токи, а 
следовательно, и электромагнитные силы взаимодействия вращающегося поля статора и тока 
в отдельных проводниках ротора растут. При малых значениях s и φ момент растет с 
увеличением тока, однако при значительных величинах s и φ результирующий момент, 
действующий в направлении вращения поля и ротора, начинает снижаться. Повернув кривую 
M = f(s) (см. рис. 4.8) на 90° по часовой стрелке, получим механическую характеристику 
асинхронного двигателя n = f(M) (рис. 4.9). Действительно, если на рис. 4.8 по оси абсцисс 
отложены значения s от нуля до единицы (s = 0 соответствует холостому ходу, a s
max
= 1 – 
неподвижному состоянию ротора), то на рис. 4.9 нулевое значение на оси ординат 
соответствует n = 0, т. е. s = 1, а наибольшая ордината характеристики соответствует n - n
1
т. 
е. s = 0. Строго говоря, на холостом ходу двигатель вращается с частотой n < n
1
и развивает 
вращающий момент М = М
0
, где М
0
– момент потерь на трение. Однако, пренебрегая весьма 
малой величиной М
0
, можно считать, что на холостом ходу двигатель вращается синхронно с 
полем. 

---

54 / 203 
Рис. 4.8. Зависимость вращающего момента М асинхронного двигателя от скольжения s 
М
п
- пусковой момент двигателя 
Рис. 4.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя: 
n – частота вращения ротора; n
1
–частота вращения магнитного поля статора. 
Сделанные допущения соответствуют равенству вращающего момента двигателя М и 
момента сопротивления М
с
, т.е. момента внешней нагрузки, приложенной к валу двигателя. 
Так как последняя величина является в отношении работы двигателя независимой 
переменной, то зависимость n = f(М
с
) = f(M) отвечает действительным физическим условиям. 
Эта кривая носит название механической характеристики асинхронного двигателя. 
Механическая характеристика делится на две части: верхняя «устойчивая» часть для 
значений скольжения от s = 0 до s = s
кp
и нижняя «неустойчивая» часть от s = s
кp
до s = 1. Для 
устойчивой части действует принцип саморегулирования двигателя. При увеличении 
нагрузки или момента сопротивления внешних сил частота вращения ротора уменьшается, 
скольжение увеличивается, растет потребляемый ток, а вместе с тем и вращающий момент, 
уравновешивая увеличение момента сопротивления. В неустойчивой части увеличение 
момента внешних сил приводит к уменьшению скорости и одновременно вызывает 
уменьшение вращающего момента, вследствие чего динамическое равновесие становится 
невозможным. Поэтому при всяком увеличении момента нагрузки сверх значения М
mах
двигатель сразу останавливается. В связи с этим максимальное значение момента носит 
название опрокидывающего. Отношение максимального момента М
mах
к номинальному М
ном
характеризует коэффициент перегрузки двигателя λ. В современных двигателях λ = 2... 2,5, в 
некоторых двигателях λ > 3.