Энергетическая диаграмма ад, потери , кпд.

Процесс преобразования электрической энергии, подведенной к двигателю из сети, в механическую, снимаемую с вала машины, сопровождается потерями.

Наглядное представление о распределении подведенной к двигателю мощности дает энергетическая диаграмма (рисунок 2.8).

асинхронному двигателю из сети подводится активная мощность

. (2.27)

Часть этой мощности затрачивается на потери в статоре ΔРМ1 и ΔРЭЛ1, где ΔРМ1 – магнитные потери в стали статора, ΔРЭЛ1 – электрические потери в обмотке статора,

ΔРЭЛ1 = 3 .. (2.28)

Остальная мощность электромагнитным путем передается на ротор и называется электромагнитной мощностью,

ΔРМ1 – ΔРЭЛ1 (2.29)

Частично РЭМ расходуется на потери в обмотке ротора ΔРЭЛ2,

ΔРЭЛ2 (2.30)

Магнитные потери в роторе из-за небольшой частоты перемагничивания стали [ (0,5 – 2) Гц] малы, и поэтому их обычно не учитывают.

Мощность РЭМ– ΔРЭЛ2 = РМЕХ представляет собой полную механическую мощность.

Полезная механическая мощность Р2, снимаемая с вала двигателя, меньше РМЕХ на значение потерь внутри машины в виде механических потерь ΔРМЕХ (трение в подшипниках, вентиляцию) и добавочных потерь ΔРДОБ, возникающих при нагрузке:

РМЕХ – ΔРМЕХ – ΔРДОБ. (2.31)

Добавочные потери являются следствием наличия высших гармоник в магнитном поле из-за зубчатого строения статора и ротора и из-за высших гармоник МДС. Данные потери трудно поддаются расчету и экспериментальному определению. Они обычно принимаются равными 0,5% подводимой мощности при номинальной нагрузке. При других нагрузках эти потери пропорциональны квадрату тока статора.

Номинальное значение полезной мощности Р2Н приводится на заводском щитке двигателя.

КПД асинхронных двигателей достаточно высокий – от 0,7 до 0,95, причем КПД увеличивается с повышением мощности двигателя и с увеличением его частоты вращения.

Векторная диаграмма АМ, уравнение напряжений и ЭДС

По характеру протекающих электромагнитных процессов асинхронный двигатель во многом подобен трансформатору. Так, первичной обмоткой здесь является обмотка статора, а вторичной — обмотка ротора. Разница между ними состоит в том, что у трансформатора нагрузка электрическая, а у двигателя — механическая; у трансформатора рабочий магнитный поток в сердечнике пульсирующий, у двигателя — вращающийся; у трансформатора магнитное поле токов первичной обмотки ослабляется полем токов вторичной, у двигателя поле токов статора ослабляется полем токов ротора. Однако работа двигателя и трансформатора имеет и существенные отличия. Например, в обмотках трансформатора частота токов неизменна, у двигателя (в роторе) частота зависит от скорости его вращения и т. д. При этом отметим, что роторные токи создают свое магнитное поле, вращающееся с той же скоростью, что и поле статора: поле токов ротора вращается относительно обмотки

ЭДС приведенной вторичной обмотки

Уравнения токов, напряжений статора и ротора

 

АМ с заторможенным ротором

Электромагнитные процессы в асинхронном двигателе аналогичны процессам, происходящим в трансформаторе. Обмотку статора асинхронного двигателя можно рассматривать как первичную обмотку трансформатора, а обмотку ротора – как вторичную.

Если к обмотке статора двигателя подвести напряжение сети U1, а обмотку ротора разомкнуть, что можно сделать в двигателе с фазным ротором путем подъема щеток, то вращающееся магнитное поле статора, пересекая неподвижные обмотки статора и ротора, будет индуктировать в них соответственно ЭДС E1 и E2:

;

,

где E1, E2 – ЭДС обмоток фаз статора и ротора, В;

и обмоточные коэффициенты обмоток статора и ротора;

и числа витков обмоток фаз статора и ротора;

частота тока сети, Гц;

– максимальное значение основного магнитного потока, Вб.

Отношение ЭДС

, (2.11)

называют коэффициентом трансформации ЭДС

АМ с вращающимся ротором

Если к статорной обмотке ненагруженного двигателя подвести номинальное напряжение, то его ротор будет вращаться вхолостую.

Ротор вращается в сторону вращения магнитного поля статора с частотой n2 < n1. Поэтому частота вращения магнитного поля статора относительно ротора равна

ns = n1 – n2. (2.12)

Вращающийся магнитный поток статора, обгоняя ротор, индуктирует в нем ЭДС и токи с частотой f2s,

f2S = p ns / 60 = p (n1 – n2) / 60.

режим асинхронного двигателя с вращающимся ротором приводится к эквивалентному режиму при неподвижном роторе.

В данном случае асинхронный двигатель можно заменить неким трехфазным трансформатором и по аналогии с трансформатором вторичную обмотку двигателя (роторную) можно привести к первичной и все приведенные параметры обозначить со штрихами. Тогда приведенный ток фазы ротора эквивалентного неподвижного асинхронного двигателя

.

Приведение роторной обмотки осуществляется к числу витков и числу фаз статорной. При приведении магнитный поток машины и полная роторная МДС остаются без изменений.

Процессы, протекающие в асинхронном двигателе с эквивалентным неподвижным ротором, описываются системой уравнений, подобной системе уравнений для трансформатора (см. гл. 1), если первичной обмоткой считать обмотку статора, а вторичной – обмотку ротора.

На диаграмме угол φ1 между векторами U1 и I1 при нагрузке значительно меньше угла φ0 между соответствующими векторами при холостом ходе, а значит, cosφ1 значительно выше cosφ0. Отсюда следует, что ненагруженные асинхронные двигатели значительно ухудшают коэффициент мощности в сети, поэтому нужно стремиться к полной их загрузке.