Электромагнитная мощность асинхронного двигателя

Потери энергии и кпд асинхронных двигателей

В электрическом двигателе при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде теплоты, рассеиваемой в различных частях двигателя. В электрических двигателях имеются потери энергии трех видов: потери в обмотках. потери в стали и механические потери. Кроме того, имеются незначительные добавочные потери.

Потери энергии в асинхронном двигателе рассмотрим при помощи его энергетической диаграммы (рис. 1). На диаграмме Р1 - мощность, подводимая к статору двигателя из сети. Основная часть Рэм этой мощности, за вычетом потерь в статоре, передается электромагнитным путем на ротор через зазор. Рэм называется электромагнитной мощностью.

Рис. 1. Энергетическая диаграмма двигателя

Электромагнитная мощность асинхронного двигателя двигатель

Потери мощности в статоре складываются из потерь мощности в его обмотке P об1 = m1 х r1 х I1 2 и потерь в стали P с1. Мощность P с1 является потерями на вихревые токи и на перемагничивание сердечника статора.

Потери в стали имеются и в сердечнике ротора асинхронного двигателя, но они невелики и могут не приниматься во внимание. Это объясняется тем, что скорость вращения магнитного потока относительно статора n0 во много раз больше скорости вращения магнитного потока относительно ротора n0 - n. если скорость вращения ротора а синхронного двигателя n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность асинхронного двигателя Рмх, развиваемая на валу ротора, меньше электромагнитной мощности Рэм на значение мощности P об2 потерь в обмотке ротора:

Рмх = Рэм - P об2

Электромагнитная мощность асинхронного двигателя электромагнитный

Мощность на валу двигателя:

Р2 = Рмх - p мх,

где p мх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение вращающихся частей о воздух (вентиляционные потери) и на трение щеток о кольца (для двигателей с фазным ротором).

Электромагнитная и механическая мощности равны:

Рэм = ω0 M. Рмх = ω M.

где ω0 и ω - синхронная скорость и скорость вращения ротора двигателя; М - момент, развиваемый двигателем, т. е. момент, с которым вращающееся магнитное поле действует на ротор.

Из этих выражений следует, что мощность потерь в обмотке ротора:

или P об2 = s х P эм

В случаях, когда известно активное сопротивление г2 фазы обмотки ротора, потери в этой обмотке могут быть найдены также из выражения P об2 = m 2 х r 2 х I2 2.

В асинхронных электродвигателях имеются также добавочные потери, обусловленные зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных конструктивных узлах двигателя и другими причинами. При полной нагрузке двигателя потери P д принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя:

η = P2 / P1 = (P1 - (P об - P с - P мх - P д) ) / P1,

где Роб = P об 1 + Роб2 - суммарная мощность потерь в обмотках статора и ротора асинхронного двигателя.

Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то и КПД асинхронного двигателя является функцией нагрузки.

На рис. 2, а дана кривая η = f (Р/Рном), где Р/Рном - относительная мощность.

Асинхронный электродвигатель конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия η max имел место при нагрузке, несколько меньшей номинальной. КПД двигателя достаточно высок и в широком диапазоне нагрузок (рис. 2, а). Для большинства современных асинхронных двигателей КПД имеет значение 80 - 90%, а для мощных двигателей 90 - 96%.

УСТРОЙСТВО АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Асинхронный двигатель состоит из статора — неподвижной части и ротора — вращающейся части.

Статор представляет собой полый цилиндр, набранный из стальных пластин, имеющих вид кольца и изолированных друг от друга. Они образуют неподвижную часть магнитопровода. Пластины стягивают болтами. Выполнение магнитопровода из от­дельных пластин уменьшает потери мощности в стали, вызываемые вихревыми токами. Стальной сердечник магнитопровода статора за­крепляется в стальном или алюминиевом корпусе, охватывающем его со всех сторон. С боков сердечник магнитопровода закрывается крыш­ками, в которых имеются места для подшипников.

Ротор асинхронного двигателя также набирают из стальных штампованных листов в форме диска. Насаженные на вал, они образуют ротор, имеющий форму цилиндра. По окружности диска выштамповывают отверстия, образующие пазы ротора, в которые закладывают обмотку. Форма пазов может быть различной. Двигатели большой мощности имеют ротор с вентиляционными от­верстиями для охлаждения.

По конструктивному исполнению обмотки ротора асинхронные дви­гатели подразделяют на двигатели с короткозамкнутым ротором и двигатели с фазным ротором. Короткозамкнутая обмотка образуется мед­ными или латунными неизолирован­ными стержнями, помещаемыми в пазы ротора. Поперечное сечение этих стержней имеет форму паза. По торцам стержни соединяют медными короткозамыкающими кольцами. По­лучается обмотка, не имеющая ни­каких выводов. Такие об­мотки могут быть одноклеточными и двухклеточными.

У машин малой мощности пазы ротора заливают расплавленным алюминием. При этом сразу отливаются стержни обмот­ки, короткозамыкающие кольца и вентиляционные лопатки. Обмотку фазного ротора выполняют из изолированных проводни­ков. В пазы ротора, аналогичные пазам статора, укладывают три фазные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120°. Таким образом, обмотка ротора получается такой же, как и обмотка статора. Фазные обмотки ротора соединяют звездой, при этом их начала соединяют с контактными кольцами, насаженными на вал и изолированными как от вала, так и друг от друга. Контактные кольца вращаются вместе с валом. По ним скользят неподвижные щетки, которые могут быть замкнуты накоротко или подсоединены к реостатам, соединенным звез­дой

Принцип действия асинхронного двигателя.

Получение вращающегося магнитного потока.

От источника питания к обмоткам подводится трехфазная система напряжения под действием которой по обмоткам протекает трехфазная система токов.

iB = Im sin( t – 120 0 )

ic = Im sin( t – 240 0 )

Потери асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя. как и любой другой машины, сопровождается потерями. Потери в конечном итоге, приводят к нагреву двигателя и снижению его КПД.

Электромагнитная мощность асинхронного двигателя асинхронный

КПД асинхронного двигателя, представляет собой отношение полезной мощности на выходе P2 к подводимой двигателю мощности P1. выраженная в процентах

Мощность, подводимая к двигателю

где m – количество фаз, U 1 – напряжение на статорной обмотке, I 1 – ток в статорной обмотке, cosφ 1 – коэффициент мощности двигателя

Полезная мощность на выходе P2. меньше подводимой мощности P1 на величину суммарных потерь ∑P

Потери ∑P складываются из магнитных, электрических и механических потерь

В первую очередь часть подводимой мощности P1 расходуется на покрытие магнитных Pм1 и электрических Pэ1 потерь в статоре

Электрические потери в статоре

где r1 активное сопротивление обмотки статора

Магнитные потери в статоре приблизительно определяются как

где f1 – частота тока перемагничивания, которая равна частоте тока в сети. V = 1.3-1.5. Магнитные потери в роторе малы настолько, что ими при практических расчетах пренебрегают. Это связано с малой частотой перемагничивания ротора.

Мощность, оставшаяся после восполнения потерь в статоре, называется электромагнитной и равна

Электромагнитная мощность передается ротору с помощью магнитного поля, через воздушный зазор δ. Часть электромагнитной мощности затрачивается на электрические потери в роторе, которые пропорциональны скольжению

Отсюда можно получить выражение для скольжения

Не трудно заметить, что с увеличением скольжения электрические потери в роторе также увеличиваются, а это в свою очередь вызывает уменьшение КПД.

В асинхронных двигателях с фазным ротором. присутствуют потери в щеточном узле, которые обычно добавляют к электрическим потерям в роторе

где I2 – ток ротора, Uщ – падение напряжения на пару щеток

Оставшаяся мощность называется механической

Часть механической мощности расходуется на механические и добавочные потери.

К механическим. относятся потери от трения в подшипниках, щетках и вентиляционные.

К добавочным потерям относят все остальные трудно учитываемые потери, которые, как правило, состоят из пульсационных и поверхностных потерь, которые возникают в зубцах ротора и статора. Приблизительное значение добавочных потерь рассчитывается по формуле

Оставшаяся мощность представляет собой полезную мощность на валу двигателя

Рекомендуем к прочтению - Построение механической характеристики асинхронного двигателя

Теги: 

Рекомендуем также прочитать

Электротехнический-портал.рф . для студентов ВУЗов электротехнических специальностей и инженеров
Асинхронные электродвигатели серии АН
Сервопривод
Скольжение асинхронного двигателя