Рис. 37. Схема ступенчатого увеличения частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя серии МТ

Частота вращения ротора асинхронного двигателя трехфазного переменного тока при постоянном сопротивлении его цепи (короткозамкнутый ротор) практически не изменяется в зависимости от момента внешней нагрузки во всем диапазоне от режима холостого хода до полной нагрузки. При этом механическая характеристика такого двигателя (зависимость между крутящим моментом М, развиваемым двигателем, и частотой вращения ротора п — жесткая в рабочей части, рис. 36, кривая 2). Обмотку статора электродвигателя с корот- козамкнутым ротором включают непосредственно в электрическую сеть, а так как сопротивление ротора — минимально, то в нем и в обмотке статора в период пуска (неустановившегося движения разгона ротора) течет ток большей величины. Величина пускового тока и момента М в 4…6 раз превышает величину номинального рабочего тока (момента) при установившейся частоте вращения ротора. Максимальную нагрузку на асинхронный двигатель ограничивает величина критического (опрокидывающего) момента двигателя Мтах.

Основные недостатки электродвигателей с короткозамкнутый ротором следующие: – высокие значения пускового момента; – все пусковые потери энергии преобразуются в тепловую энергию и идут на нагрев обмотки двигателя; – невозможность регулирования частоты вращения ротора вызывает необходимость повышения числа включений привода, что также повышает нагрев электродвигателя.

Рис. 36. Механические характеристики асинхронных
электродвигателей: 1 — серии МТ, 2 — серии МТК; по — частота вращения ротора без нагрузки, Мтах — опрокидывающий момент двигателя

Указанных недостатков лишен асинхронный двигатель с фазным ротором, сопротивление в цепи которого — переменно. Этот двигатель также имеет жесткую механическую характеристику (рис. 36).

Указанные механические характеристики органически присущи каждому типу электродвигателя, являются единственными и потому их называют естественными в отличие от семейства других характеристик, получаемых искусственным путем за счет изменения режима работы двигателя благодаря введению в электропривод дополнительных элементов и называемых искусственными. Вводя в цепь ротора дополнительные сопротивления, можно уменьшить величину тока в обмотке статора и соответственно величину пускового момента двигателя.

Обмотку статора электродвигателя с фазным ротором включают непосредственно в электрическую сеть, а в цепь его ротора включают регулируемые сопротивления (резисторы). В зависимости от величины сопротивления, включенного в цепь ротора, увеличение частоты его вращения будет осуществляться по одной из искусственных характеристик. В начальный момент сила тока ограничена максимальным сопротивлением и частота вращения ротора возрастает от нуля до п\ по участку а — б наиболее крутой искусственной характеристики (рис. 37). При достижении частоты вращения п\ сопротивление в цепи ротора уменьшают (сила тока возрастает) и двигатель переходит на другую более пологую искусственную характеристику 2, по которой частота вращения ротора увеличивается до п2. Затем сопротивление в цепи ротора опять уменьшают (отключают часть резисторов), сила тока возрастает и частота вращения ротора увеличивается до п3 по искусственной характеристике. При полном выключении сопротивления из цепи ротора двигатель становится как бы с короткозамкнутым ротором и выходит на естественную характеристику, по которой частота ротора увеличивается до номинальной П4, соответствующей моменту сил сопротивления на его валу (см. кривую на рис. 36). В данном режиме двигатель может работать продолжительное время. Очевидно, что чем больше число ступеней пускорегулирующих резисторов в цепи ротора, тем более плавным будет нарастание частоты его вращения.

Из анализа механических характеристик асинхронных электродвигателей видно, что двигатели с короткозамкнутым ротором наиболее просты по конструкции и управлению, надежны в эксплуатации и имеют меньшую стоимость. Их применяют в тех случаях, когда электрическое регулирование скорости рабочих движений не требуется, например, в приводах электроталей, механизмов кран-балок и других тихоходных механизмах грузоподъемных кранов. Следует помнить, что частоту вращения ротора такого двигателя можно изменить изменением числа пар полюсов в обмотке статора (переключением полюсов при помощи специальных пусковых электроаппаратов управления). Это решение применяют в механизмах кранов-штабелеров, когда для точной остановки механизма в требуемом месте необходимо заблаговременно перейти на меньшую (установочную) скорость рабочего движения.

Двигатели с фазным ротором — более сложные по конструкции, имеют большие габариты, массу и стоимость, но вызывают меньшие потери электроэнергии при переходных процессах (пуск двигателя и регулирование частоты вращения ротора). Поэтому эти двигатели применяют при более напряженных режимах работы для привода механизмов большинства современных грузоподъемных кранов.