Расчётные данные асинхронных двигателей

P, кВт	Момент инерции J, кг*м2				Коэффициент потерь энергии
	f =50 Гц	f = 400 Гц			f = 400 Гц
	3000 об/мин	3000 об/мин	6000 об/мин	8000 об/мин	3000 об/мин	6000 об/мин	8000 об/мин
1	0,002	0,01	0,00175	0,001	5,0	3,5	3,56
2,8	0,006	0,0155	0,0055	0,00225	2,58	3,67	2,67
7	0,0275	0,0725	0,0155	0,006	2,64	2,25	1,55
14	0,0675	0,2675	0,045	0,017	3,96	2,67	1,79

В таблице 3 приведены также результаты расчёта коэффициента потерь энергии . Здесь n₅₀ = 3000 об/мин. Этот коэффициент показывает, во сколько раз потери энергии, имеющие место в переходных режимах, в обмотках двигателя, у которого частота напряжения статора 400 Гц, частота вращения n₄₀₀ и момент инерции J₄₀₀, больше чем в обмотках двигателя, у которого частота напряжения статора 50 Гц, частота вращения n₅₀ и момент инерции J₅₀. Видно, что при одной и той же частоте вращения n₄₀₀ увеличивается с ростом мощности двигателя, из-за возрастания размеров ротора. По этой же причине значительно больше единицы при n₄₀₀ = 3000 об/мин, он лежит в пределах от 2,6 до 5. (Диаметр ротора двигателей с этой частотой вращения при частоте 400 Гц в 1,32 – 1,6 раза больше, чем у двигателя той же мощности при частоте 50 Гц, из-за снижения при увеличении частоты.) Рост приводит к увеличению времени разгона, повышенным потерям и нагреву двигателя при пуске, торможении и переключении скорости, к снижению допустимой частоты включений двигателей. Указанные отрицательные последствия не позволяют сохранять частоту вращения двигателей таких электроприводов при переводе их питания на источник с повышенной частотой.

Перечисленные отрицательные последствия несколько уменьшаются, если использовать дополнительные ступени снижения скорости в понижающем редукторе и установить двигатель повышенной частоты с более высокой частотой ращения. Причём, чем больше частота вращения и больше передаточное число дополнительного редуктора, тем меньше вредное влияние повышенной частоты напряжения статора двигателя. Однако и при частоте вращения 8000 об/мин коэффициент остаётся слишком большим (лежит в пределах от 1,55 до 3,56). Определяемое этими значениями снижение числа включений электропривода в час и, следовательно, уменьшение производительности механизма, как правило, являются недопустимыми. В таких случаях приходится переходить к использованию тиристорных преобразователей в сочетании с двигателем постоянного тока или преобразователей частоты в сочетании с асинхронными двигателями промышленной частоты. Естественно, что в этом случае получается не выигрыш, а проигрыш по массе электропривода.

Трансформаторы, реакторы (в частности, реакторы пусковых устройств люминесцентных ламп), электрические аппараты, электрические магниты. У всех перечисленных устройств имеется общее конструктивное решение. Устройство состоит из магнитной системы и катушек (катушки) обмоток. Эти катушки охватывают участки (стержни) магнитной системы, проходя через её окна (окно). У трёхфазных реакторов или электромагнитов в магнитной системе имеются три стержня, два окна и три фазных обмотки, каждая из которых охватывает обычно по одному стержню. У трёхфазных трансформаторов каждый стержень магнитной системы охвачен, по меньшей мере, двумя обмотками: первичной и вторичной. У однофазных устройств магнитная система может иметь П-образную (или торообразную) или броневую магнитную систему. В последнем случае, как и для трёхфазных устройств, в магнитной системе имеются три стержня и два окна, но все обмотки охватывают один, средний, стержень и проходят через оба окна. Найдём связь между фазной расчётной мощностью устройства, частотой источника, подключённого к обмоткам устройства, и его конструктивными параметрами: сечениями окна и сердечника.

Будем упрощённо полагать, что всё напряжение источника, имеющее синусоидальную форму (его действующее значение равно U) , приложенное к обмотке устройства, уравновешивается наведённой в обмотке ЭДС индукции:

(3)

где w – число витков обмотки, B – амплитудное значение магнитной индукции в стержне, – сечение стали сердечника, f – частота.

Сечение s_о окна магнитной системы можно найти, исходя из действующего значения тока I обмотки, числа её витков, коэффициента заполнения окна k_o и принятого значения плотности тока J в обмотке:

(4)

где n – число обмоток в окне. Для реакторов, электрических аппаратов и электрических магнитов однофазных n = 1, а трёхфазных n = 2. Последнее значение n справедливо и для однофазных трансформаторов. Для двухобмоточных трёхфазных трансформаторов n = 4. Из (3) и (4) получается следующее выражение

(5)

где S = U I – расчётная мощность одной однофазной обмотки.

Выражение (5) показывает, что при сохранении размеров устройства (произведения ) и неизменных расчётных значениях плотности тока и индукции расчётная мощность устройства изменялась бы пропорционально частоте. То есть при повышении частоты с 50 Гц до 400Гц расчётная мощность устройства выросла бы в восемь раз. Как отмечалось выше, во избежание перегрева магнитной системы от потерь на вихревые токи и гистерезис при повышении частоты приходится снижать значение индукции B. (При переходе от 50 Гц к 400 Гц примерно в 3,2 раза.) Поэтому реальное увеличение расчётной мощности происходит в меньших пределах (ориентировочно в 2,5 раза).

Произведение пропорционально четвёртой степени какого-либо линейного размера (например, высоты) рассматриваемого устройства. Масса устройства G пропорциональна третьей степени этого размера, то есть

(6)

где – конструктивный коэффициент. При неизменных расчётных значениях мощности, плотности тока и индукции масса устройства обратно пропорциональна частоте в степени ¾. При этих условиях повышение частоты с 50 Гц до 400 Гц привело бы к снижению массы устройства в раз, то есть в 4,76 раза. Реальное же снижение массы, из-за уменьшения индукции B происходит в меньшей степени.

Если пренебречь зависимостью конструктивного коэффициента от размеров устройства, то ориентировочно можно считать, что при увеличении частоты в 8 раз масса устройства снижается почти в два раза. Более точный результат для трёхфазных трансформаторов можно увидеть по данным таблицы 4. В этой таблице коэффициент K_G представляет собой отношение массы трансформатора с номинальной частотой 50 Гц к массе трансформатора той же мощности при номинальной частоте 400 Гц

Таблица 4