12.Потери мощности в асинхронных машинах. Кпд.
При работе
асинхронного двигателя происходит
процесс преобразования электрической
энергии переменных токов сети в
механическую энергию вращательного
движения. Это преобразование, как и в
других электрических машинах, связано
с потерями энергии, поэтому полезная
мощность на выходе двигателя
всегда меньше мощности на выходе
на величину потерь мощности
,
(8.1)
где
– потребляемая из сети активная мощность.
Протекающий по обмоткам ток вызывает нагрев этих обмоток, поэтому забираемся из сети мощность частично теряется в обмотке статора в виде электрических потерь
.
(8.2)
Перемагничивание
сердечника статора сопровождается
магнитными потерями
;
эти потери в асинхронном двигателе
вызваны потерями на гистерезис и потерями
на вихревые токи.
Оставшаяся часть
мощности представляет собой электромагнитную
мощность
,
передаваемую со статора на ротор
.
(8.3)
Этой мощности
соответствует электрическая мощность
в сопротивлении
,
т. е.
.
Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в обмотке ротора
.
(8.5)
Частота
перемагничивания сердечника ротора
.
При частоте тока в сети
и номинальном скольжении
частота перемагничивания ротора
,
поэтому магнитные потери в сердечнике
ротора настолько малы, что их в практических
расчетах не учитывают,
.
За исключение электрических потерь в обмотке ротора, электромагнитная мощность переходит в механическую
,
(8.6)
где сопротивление
вводится в цепь ротора для замены
механической мощности при вращающемся
роторе на электрическую мощность при
неподвижном роторе. Электрические
потери в обмотке ротора можно выразить
.
(8.7)
Итак, электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению.
Рис. 8.1 Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Во вращающейся
машине, кроме электрических и магнитных
потерь, возникают также механические
потери мощности
;
они слагаются из потерь на трение в
подшипниках, о воздух. В асинхронных
двигателях с фазным ротором механические
потери происходят еще и за счет трения
между щетками и контактными кольцами
ротора.
Кроме вышеперечисленных основных потерь, есть еще добавочные потери – они включают в себя все виды трудно учитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник магнитодвижущих сил (МДС), пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с государственным стандартом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5 % от подводимой к двигателю мощностью
.
Сумма всех потерь
.
(8.8)
Оставшаяся после вычета потерь (8.1) мощность составляет полезную механическую мощность на валу.
У асинхронного двигателя кпд
.
(8.9)
Коэффициент
полезного действия асинхронного
двигателя с изменением нагрузки также
меняет свою величину: в режиме холостого
хода кпд равен нулю, а затем с ростом
нагрузки он увеличивается, достигая
максимума при нагрузке
.
При дальнейшем увеличении нагрузки кпд
незначительно снижается, а при перегрузке
он резко убывает, что объясняется
значительным ростом потерь
.