Коэффициенты мощности и полезного действия

 асинхронного двигателя

  Преобразование электрической энергии в механическую сопряжено не только с потреблением активной и реактивной мощностей, но и с потерями энергии. По этой причине коэффициенты мощности (cosφ₁) и полезного действия (η) асинхронного двигателя не остаются постоянными. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

Изменение коэффициента мощности в процессе работы асинхронного двигателя обусловлено изменением составляющих тока статора. Реактивная составляющая тока статора не зависит от нагрузки на валу двигателя и при любом напряжении сети практически неизменна. В то же время, активная составляющая тока двигателя пропорциональна его механической нагрузке. Это приводит к тому, что с увеличением нагрузки относительное значение реактивного тока убывает, а коэффициент мощности увеличивается. При холостом ходе двигателя его коэффициент мощности довольно низок - порядка 0,2...0,3. С уве­личением нагрузки он быстро возрастает и достигает максималь­ного значения 0,7…0,9 при номинальной нагрузке.

 При увеличе­нии нагрузки двигателя свыше номинального значения увеличивается реактивная составляющая тока и коэффициент мощности начинает уменьшаться. Причиной увеличения реактивной составляющей тока является влияние магнитных потоков рассеяния, что и приводит к увеличению реактивной мощности двигателя.

 Значение коэффициента мощности трехфазного асинхронного двигателя можно вычислить по формулам                  

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется отношением полезной мощности Р ₂ к подводимой Р ₁. Следует помнить, что полезной является механическая мощность, развиваемая двигателем на его валу, тогда как подводимая мощность является электри­ческим параметром и определяется произведением напряжения, тока и коэффициента мощности.

Из приведенной выше энергетической диаграммы следует, что мощ­ность Р ₁ равна сумме полезной мощности и всех видов потерь (Δ Р _П ) в двигателе:

                              Р ₁ = Р ₂ + Δ Р _П.

Потери мощности можно разделить на постоянные, практически не зависящие от нагрузки, и от нее зависящие – переменные. К группе постоянных потерь относятся потери в стали сердечника от гистерезиса и вихревых токов, а также механические потери. Эти потери определяются экспериментально из опыта холостого хода. Переменными потерями (Вт) являются потери, обусловленные сопротивлением проводников протекающему по ним току:

Δ Р ₁ = 3 r ₁;Δ Р ₂ = m ₂ r ₂,.

КПД двигателя (о.е.) можно вычислить по формуле

η = (Р ₂ + Δ Р_П ) / Р ₁.

 Максимальное значение КПД достигается при равенстве постоян­ных и переменных потерь. Обычно максимум КПД имеет место при нагрузке, равной 75 % от номинальной. Это объясняется тем, что двигатели проектируются с учетом того обстоятельства, что в процессе эксплуатации они не всегда полностью загружены.