Диаграмма преобразования энергии в асинхронном двигателе

Процесс преобразования электрической энергии в полезную механическую энергию, развиваемую асинхронным двигателем, может быть описан уравнением баланса активной мощности. На основании закона сохранения и преобразования энергии можно записать

,

где P ₁ — мощность потребления электрической энергии; D P _{1 Э} — мощность электрических потерь в обмотке статора; D P _1магн — мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода статора; D P _2Э — мощность электрических потерь в обмотке ротора; D P _2магн — мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода ротора; D P _мех ‑ мощность механических потерь; P ₂ — полезная механическая мощность двигателя.

Она дополнена структурной схемой асинхронного двигателя, которая указывает на характер связей, существующих между источником питания, статором электрической машины, ротором и рабочей машиной (станок, кран, насос и т.п.), приводимой в движение асинхронным двигателем. Источник питания и статор связаны между собой электрически, статор и ротор имеют магнитную связь, а ротор и рабочий механизм — механическую связь.

Из диаграммы следует, что мощность P _эм передачи энергии со статора на ротор, осуществляемой посредством вращающегося магнитного поля, всегда меньше активной мощности двигателя на значение мощности электрических и магнитных потерь в статоре:

P_эм = P₁ – (DP_1Э + DP_1магн).

Мощность P _эм, называемую электромагнитной мощностью, можно выразить также через механические величины — угловую скорость W₁ магнитного поля и электромагнитный момент M _эм, создаваемый двигателем вследствие силового взаимодействия вращающегося магнитного поля с токами роторной обмотки.

Электромагнитная мощность определяется как

P _эм = W₁ M _эм.

Аналогично выражается механическая мощность P _мех ротора, вращающегося со скоростью W₂:

P _мех = W₂ M _эм.

В инженерной практике большее применение имеет частота вращения n, об/мин, использование в формулах угловой скорости W, рад/с, предпочтительнее, так как позволяет связать P и М в основной системе единиц СИ без дополнительных коэффициентов.

Разность электромагнитной и механической мощностей равна мощности потерь в роторе машины. Поскольку мощность магнитных потерь в роторе D P _2магн  мала по сравнению с мощностью электрических потерь (так как мала частота перемагничивания пакета ротора, а D P _2магн ~ f_2S ²), ею пренебрегают и считают

P _эм – P _мех = D P _2Э.

Последнее равенство позволяет получить из (3.8.2) и (3.8.3) весьма важное для анализа работы асинхронных двигателей соотношение:

или

D P _2Э = sP _эм.