2.2 Преобразование активной мощности. Кпд двигателя

При работе асинхронного двигателя электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения ротора. Этот процесс сопровождается расходом части энергии на потери внутри машины.

Процесс преобразования электрической энергии в механическую может быть представлен уравнением баланса активной мощности. На основании закона сохранения энергии процесс преобразования имеет вид

Р₁ = 3·U₁·I₁·cosφ₁ = р_ЭЛ.1 + р_СТ.1 + р_ЭЛ.2 + р_СТ.2 + р_МЕХ + Р₂,

где Р₁ - мощность, потребляемая двигателем из сети; р_ЭЛ.1 - электрические потери в обмотке статора; р_СТ.1 - потери в стали магнитопровода статора; р_ЭЛ.2 - электрические потери в обмотке ротора; р_СТ.2 - потери в стали сердечника ротора (в дальнейшем ими пренебрегают, т. к. при работе двигателя f₂ ≈ 1…3 Гц и эти потери малы); р_МЕХ - механические потери на трение, вентиляцию; Р₂ - полезная механическая мощность на валу двигателя.

Энергетическая диаграмма двигателя показана на рис. 2.1, на которой Р_ЭМ - электромагнитная мощность, предаваемая со статора на ротор посредством магнитного поля, Р_МХ - механическая мощность двигателя. На паспортной табличке двигателя указывается его полезная мощность Р₂.

Рис. 2.1 - Энергетическая диаграмма

Коэффициент полезного действия двигателя удобно рассчитывать по выражению

где ∑р - суммарные потери в двигателе,

∑р = р_ЭЛ.1 + р_СТ.1 + р_ЭЛ.2 + р_МЕХ.

КПД современных трехфазных двигателей при номинальной нагрузке достигает (0,75…0,95), причём, чем больше мощность двигателя, тем выше КПД.

Коэффициент мощности двигателя при нагрузке, близкой к номинальной, достигает наибольшего значения cosφ = (0,72…0,9).

2.3 Электромагнитный момент и механические характеристики асинхронного двигателя

Эксплутационные свойства асинхронного двигателя изучаются при помощи механических и рабочих характеристик.

Механические характеристики M = f (s) и n = f (M) могут быть построены по выражению для вращающегося момента трехфазного асинхронного двигателя

где - угловая механическая скорость магнитного поля; сопротивления статорной и роторной обмоток приведенного двигателя; U_1Ф - фазное напряжение сети.

Существует упрощенное выражение для определения зависимости M = f (s) по данным каталога (формула Клосса)

где М_m - максимальный (критический) вращающий момент; s_m - скольжение, при котором двигатель развивает максимальный момент.

По данным каталога определяют номинальный момент

где Р_Н – номинальная мощность двигателя на валу (Вт), n_Н - частота вращения ротора при номинальной нагрузке. Зная перегрузочную способность двигателя определяют М_m и скольжение, соответствующее этому моменту

Задаваясь значениями скольжения s от 0 до 1 (двигательный режим), рассчитывают вращающий момент для каждого значения скольжения. По результатам расчета строят графическую зависимость М = f (s), рис. 2.2.

Характеристика n = f (M) получается из характеристики M = f (s), если учесть, что n = n₁ (1 - s).

Механическая характеристика является основной характеристикой двигателя. Она показывает пусковые свойства М_П/М_Н, перегрузочную способность М_m/М_Н и область устойчивой работы (от s = 0 до s = s_m).