6.2.4. Потери энергии и коэффициент полезного действия асинхронного двигателя

Преобразование энергии в асинхронном двигателе сопровождается потерями энергии. В АД можно выделить четыре источника потерь.

Во-первых, обмотка статора обладает определенным электрическим сопротивлением. Ток в этой обмотке создает электрические потери, пропорциональные квадрату тока и сопротивлению:

. (6.2.10)

где - фазный ток обмотки статора;

- сопротивление фазы обмотки статора.

Во-вторых, в магнитной цепи асинхронного двигателя создается переменное магнитное поле. При этом, как известно из теории магнитных цепей, возникают магнитные потери в магнитопроводе (p_маг), которые складываются из потерь на гистерезис и вихревые токи в сердечнике. Для уменьшения этих потерь магнитопровод якоря выполняется шихтованным из листов электротехнической стали. Магнитные потери составляют от 1 до 3 %.

В-третьих, в обмотке ротора возникают электрические потери, определяемые сопротивлением обмотки ротора и током в ней:

. (6.2.11)

В-четвертых, при вращении ротора возникают потери от трения в подшипниках, трения вращающихся частей о воздух (вентилляционые потери), которые объединяются в механические потери (p_мех) и составляют от1 до 2%.

Полезная мощность образуется из потребляемой за вычетом всех потерь. Энергетический баланс асинхронного двигателя иллюстрируется диаграммой на рис. 6.2.21.

Рис. 6.2.21. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

Асинхронный двигатель потребляет от трехфазного источника электрическую энергию мощностью Р₁. Часть энергии тратится на электрические потери в обмотке статора, магнитные потери, электрические потери в обмотке ротора и механические потери. Оставшаяся энергия, преобразованная в механическую (Р₂), передается рабочему механизму, который вращается двигателем с частотой вращения n:

. (6.2.12)

Полезная мощность двигателя определяется вращающим моментом М на его валу и частотой вращения n:

, [Вт]. (6.2.13)

Коэффициент полезного действия двигателя определяется соотношением полезной и потребляемой мощностей:

. (6.2.14)

К.п.д. асинхронного двигателя зависит от мощности. При номинальной мощности машины 100кВт номинальный к.п.д. 8590%, а при номинальной мощности 100Вт – 60-65%.

Следует иметь в виду, что номинальной мощностью двигателя считается полезная, т.е. механическая мощность, отдаваемая потребителю:

. (6.2.15)

6.2.5. Паспортные данные асинхронного двигателя

Паспортные данные асинхронного двигателя определяют его номинальный режим работы, позволяют рассчитывать характеристики, анализировать режимы его работы.

В табл. 6.2.2 приведен перечень параметров асинхронного двигателя, составляющих его паспортные данные.

Табл. 6.2.2

Паспортные данные асинхронного двигателя

№	Наименование	Обозначение
1	Номинальная мощность	Pном, кВт
2	Номинальное напряжение ( / )	Uном, В
3	Номинальная частота тока	f, Гц
4	Номинальная частота вращения	nном, об/мин
7	Номинальный КПД	ном, %
5	Номинальный коэффициент мощности	cosφном, д.е.
6	Кратность максимального момента	Ммакс/Мном
7	Кратность пускового момента	Мпуск/Мном

Номинальная мощность двигателя P_ном - механическая мощность на валу, определяемая номинальными моментом и частотой вращения:

. (6.2.16)

Номинальная частота f и номинальное напряжение ( / ) U_ном – частота и напряжение трехфазного источника электроэнергии, к которому подключается асинхронный двигатель при разном способе соединения фаз обмотки статора. Например, U_ном = 380/220 В означает, что при соединении фаз обмотки способом «звезда» двигатель подключается к трехфазному источнику напряжением 380В, а при соединении «треугольником» - 220В.

Номинальная частота вращения n_ном – частота вращения ротора в номинальном режиме работы при номинальном моменте нагрузки на валу.

Номинальный коэффициент мощности cosφ_ном – коэффициент мощности двигателя в цепи синусоидального тока в номинальном режиме работы.

Кратность максимального момента М_макс/М_ном – отношение максимального момента к номинальному, определяет перегрузочную способность двигателя.

кратность пускового момента М_пуск/М_ном – отношение пускового момента к номинальному, определяет пусковые свойства двигателя.

Паспортные данные двигателя определяются при его проектировании и разработке, уточняются при контрольных испытаниях и указываются в техническом паспорте двигателя. Для типовых асинхронных двигателей серийного производства паспортные данные указываются в каталогах оборудования.