Наибольшее значение для оценки свойств асинхронной машины, в особенности для двигателя, отводится механической характеристике, представляющей собой графическую зависимость частоты вращения ротора от электромагнитного момента. Часто пользуются другой формой механической характеристики – зависимостью электромагнитного момента Мэм от скольжения S.
Таким образом, полученное выше уравнение (2.2), является математическим описанием механической характеристики асинхронного двигателя.
Для определения максимального значения момента, который может развивать двигатель при изменении скольжения от 1 до 0, найдем величину скольжения, при котором этот момент наступает. С этой целью возьмем производную dM/dS и приравняем ее к 0. После преобразований получим:
(2.3)
Это скольжение называется критическим. Решая совместно уравнения (2.3) и (2.2), получим выражение для максимального электромагнитного момента:
(2.4)
Знак плюс в уравнениях (2.3) и (2.4) соответствует двигательному, а знак минус – генераторному режимам работы асинхронной машины.
На рис.2.8 показана механическая характеристика авиационной асинхронной машины М=f(S) с указанием зон, соответствующих различным режимам работы: двигательный режим (0<S<1), когда электромагнитный момент является вращающим; генераторныйрежим (-∞<S<0), и тормозной режим противовключением (1<S<+∞), когда электромагнитный момент является тормозящим.
При переходе в генераторный режим скольжение меняет свой знак на обратный, соответственно чему момент становится отрицательным, т.е. тормозным. Характер изменения кривой момента такой же, как и двигателя, номаксимум момента несколько больше.
Кривая электромагнитного момента в режиме электромагнитного тормоза представляет собой продолжение кривой момента двигателя.
Анализ выражения (2.4) показывает, что в случае изменения величины активного сопротивления цепи ротора изменяется величина критического скольжения при сохранении максимума электромагнитного момента, т.е. механическая характеристика сдвигается вправо.
Характерной особенностью асинхронной машины является то, что устойчивая работа ее возможна лишь при определенной величине скольжения.
Под статической устойчивостью машины понимают ее способность при весьма малых возмущениях продолжать работу в установившемся режиме.
На механической характеристике можно выделить область статической устойчивости, которая включает в себя скольжение от –Sкр до +Sкр. Область всех остальных скольжении является областью статической неустойчивости (рис.2.9).
Рис.2.8. Механическая характеристика асинхронной машины
Рис.2.9. К вопросу о статической устойчивости асинхронного двигателя
Действительно, установившийся режим работы, характеризуется равновесием моментов, при постоянстве частоты вращения:
Мэм =М2 + М0
где М0 - момент обусловлен потерями в роторе, момент холостого хода.
В случае нарушения моментов на ротор действует динамический момент, вызывающий изменение частоты вращения асинхронной машины.
Рассмотрим (см. рис.2.9) поведение двигателя при скольжениях соответствующих точками 1 и 2, когда МД=Мст=М2 +М0 (установившийся режим работы).
При работе двигателя в точке 1 случайное увеличение скольжения ведет к появлению динамического момента положительного знака. В результате ротор получает положительное ускорение ведущее к увеличению частоты вращения, а значит к восстановлению скольжения.
В тоже время при работы двигателя в точке 2 увеличение скольжения создает отрицательную разность моментов, которая обуславливает дальнейшее уменьшение скорости вращения, до тех пор пока двигатель не остановится.
Таким образом точка 1 является точкой устойчивого режима работы двигателя, а точка 2 - точкой неустойчивого режима работы.