Потери мощности и КПД асинхронного двигателя

Схема замещения асинхронного двигателя

Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Приведение параметров обмотки ротора к обмотке статора

Для построения векторной диаграммы осуществим приведение параметров обмотки ротора к параметрам обмотки статора. При этом обмотку ротора с числом фаз m₂, обмоточным коэффициентом k₂ и числом витков W₂ заменяют обмоткой с соответствующими параметрами статора m₁, k₁, W_1, соблюдая при этом энергетический баланс в роторе.

Методика приведения параметров асинхронного двигателя аналогична методике приведения вторичной обмотки трансформатора. При этом уравнение обмотки ротора (5.4) примет вид

(5.6)

где;

- коэффициент трансформации асинхронного двигателя.

Построим векторную диаграмму асинхронного двигателя, используя принципы построения векторной диаграммы трансформатора (см. раздел 4.9.) и основные уравнения двигателя (5.2), (5.5), (5.6).

Полученная диаграмма, представленная на рис. 5.7, аналогична векторной диаграмме трансформатора в рабочем режиме (рис. 4.9), с учетом того, что для двигателя U₂ = 0 и угол ψ₂ между направлениями векторов ЭДС Е₁ = и вектором приведенного вторичного тока определяется как

ψ₂ = arctg

Рис. 5.7. Векторная диаграмма асинхронного двигателя

Эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя, представленная на рис. 5.8, аналогична схеме замещения нагруженного трансформатора и соответствует основным уравнениям (5.2), (5.5), (5.6) после преобразования последнегок виду

R1

X1

X0

R0

I1

I0

~U1

E1

Рис. 5.8. Эквивалентная схема замещения асинхронного двигателя.

На представленной схеме R₁,X₁ - активное и индуктивное сопротивления обмотки статора;, - приведенные активное и индуктивное сопротивления обмотки ротора; R₀, X₀ - активное и индуктивное сопротивления сердечников статора и ротора; s– скольжение.

Величину можно рассматривать как сопротивление нагрузки, включенное в обмотку ротора. Оно является единственным переменным параметром схемы. Изменение этого сопротивления эквивалентно изменению скольжения s, а следовательно, изменению нагрузки на валу двигателя. Величина

(5.7.)

является величиной напряжения, приложенного к нагрузке двигателя.

В обмотку статора из сети поступает активная мощность Р₁. Часть этой мощности идет на потери в сердечнике статора (потери в стали) Р_ст, а также потери в обмотке статора (потери в меди) Р_м1

Р_м1=m₁ I₁² R₁,

где m₁ – число фаз статора.

Оставшаяся мощность посредством магнитного потока передается на ротор и называется электромагнитной мощностью:

Р_Эм = Р₁ – Р_ст – Р_м1.

Часть электромагнитной мощности затрачивается на потери в обмотке ротора (потери в меди) Р_м2.

(5.8)

где m₂ – число фаз ротора.

Потерями в сердечнике ротора обычно пренебрегают в связи с их незначительностью.

Оставшаяся мощность преобразуется в механическую, получившую название полной механической мощности:

(5.9)

С другой стороны, величину полной механической мощности можно рассчитать как

(5.10)

Подставив (5.7) в (5.10), с учетом (5.8) получаем,

(5.11)

Подставив (5.11) в (5.9), получаем, откуда

Р_М2 = s Р_ЭМ (5.12)

Таким образом, мощность потерь в обмотке ротора пропорциональна величине скольжения.

Мощность на валу двигателя Р₂ меньше полной механической мощности на величину потерь на трение Р_ТР и добавочных потерь Р_ДОБ, возникающих от пульсации магнитного потока

Окончательно получаем Р₂ = Р₁ – ΔР

где ΔР = Р_СТ + Р_М1 + Р_М2 + Р_ТР + Р_ДОБ.

Коэффициент полезного действия двигателя есть отношение мощности на валу Р₂ к мощности, потребляемой двигателем из сети Р₁.

.100% = 100%.