Электродвижущие силы, индуцируемые магнитными потоками рассеяния.
Протекающие по обмоткам токи создают магнитные потоки, сцепленные только с данной обмоткой и не взаимодействующие с потоком другой обмотки. Такие магнитные потоки являются потоками рассеяния.
В обмотке статора индуцируется
в обмотке вращающегося ротора
У Фрас1 и Фрас2—максимальные значения потоков рассеяния статора и ротора соответственно. Поскольку 2 = s , получаем
Для неподвижного ротора, когда s = 1,
следовательно,
Потоки рассеяния обусловливают наличие индуктивных сопротивлений у обмоток фаз:
у статора X1 = L1 = 2L1;
у неподвижного ротора Х2 = L2 == 2 fL2
у вращающегося ротора X2s = 2L2 = 22L2 = 2sL2
При этом индуктивное сопротивление обмотки вращающегося ротора можно определить через сопротивление обмотки неподвижного ротора:
Э. д. с. рассеяния обмоток статора и ротора могут быть выражены через падения напряжения на них:
Ток ротора. Под действием э. д. с. ротора E2s, индуцируемой вра-щающимся магнитным потоком, в короткозамкнутой обмотке ротора протекает ток I2, определяемый по закону Ома:
Так как E2s = sE2 и Х2s = sX2,, получаем
или, разделив на s,
Схема замещения асинхронного двигателя.
Для построения схемы замещения обмотку ротора приводят к обмотке статора
Е/2 = КеЕ2 = Е1
I/2 =I2 / Ki
В
практических расчетах чаще используют
Г-образную схему замещения , в
которой ветвь намагничивания вынесена
а зажимы напряжения сети. Такая схема
замещения состоит из двух параллельных
ветвей. При холостом ходе, когда R'
= и I/2
=О, ток статора
.
Как в Т-образной, так и в Г-образной
схемах ток о протекает по последовательно
включенным элементам с сопротивлениями
R1, X1,
R.
и Х..
В рабочем режиме возникает ток
,
ко-торый в этих схемах замещения
замыкается по контуру, состоящему из
одних и тех же элементов ( R1
Х1 R2',
Х2' и R').
Ток статора в той и другой схемах
.
В Г-образной схеме замещения
I0 = (40 – 60% I1ном )
-
неподвижная ротора ( частота = частоте
сети и э.д.с. статора ).
Для
ротора
Для
статора
Потери и к.П.Д. Асинхронного двигателя
Рассмотрим асинхронный двигатель, на валу которого имеется нагрузка и обмотка статора которого потребляет из сети электроэнергию мощностью
P1= m1U1cos1. На рис. изображена полоса, ширина которой численно соответствует этой мощности. При токе статора I1 происходит потеря мощности в проводах обмотки статора
затрачиваемая на нагрев обмотки. Созданный током статора магнитный поток (как вращающийся, так и рассеяния) обусловливает потери мощности Рпс1 в стальном магнитопроводе статора. Все эти потери компенсируются источником электроэнергии за счет мощности Р1.
Оставшаяся часть электрической мощности посредством вращающегося магнитного потока передается со статора на ротор:
Рэм = Р1 – Рп.пр1 –Рпс1.
Электромагнитная мощность Рэм определяется током и э. д. с. ротора. Ток в роторе обусловливает также потери мощности на нагрев его обмоток:
Так как частота вращения ротора n2 мало отличается от п1, потери мощности в стальном магнитопроводе ротора в режиме двигателя очень малы и ими обычно пренебрегают. Поэтому на энергетической диаграмме эти потери мощности не изображены.
Та часть электромагнитной мощности, которая остается после компенсации потерь на нагрев обмоток ротора, преобразуется в механическую мощность Рмх под действием которой ротор асинхронного двигателя вращается. При вращении возникают механические потери мощности Рп.мх, обусловленные трением в подшипниках, трением щеток о кольца (у двигателя
с фазным ротором), потерями на вентиляцию.
Полезную механическую мощность на валу двигателя указывают в паспорте асинхронного двигателя.
Р2 = Р1 – Рп = Р1 – ( Рп.пр1 + Рпс1 +Рп.пр2 + Рп.мх )
Коэффициент полезного действия двигателя
Максимального значения к. п. д. двигателя (как и в трансформаторе) достигает при нагрузке, близкой к номинальной. Двигатели малой и средней мощности имеют номинальный к. п. д. в пределах 70—90%, двигатели большой мощности имеют к. п. д. ~-94—96%.