Потери, энергетическая диаграмма и КПД АД.

В асинхронном двигателе осуществляется преобразование электрической энергии, подводимой из сети трехфазного тока, в механическую энергию, отдаваемую на вал двигателя. При этом в двигателе имеют место потери мощности. Различают: потери в обмотках статора и ротора, потери в стали статора и ротора, дополнительные или механические потери, связанные с вентиляцией, машины, на трение в подшипниках и т. д.

Баланс мощностей в асинхронном двигателе выражается очевидным уравнением:

P₁= P_м1+ Р_С1+ Р_м2 + Р_С2 + Р_мех + P₂(3.28)

Следует, однако, отметить, что в установившемся режиме потери в сердечнике ротора, через который замыкается магнитный поток, практического значения не имеют благодаря тому, что частота тока в роторе весьма мала (1...3 Гц), а при такой частоте потери в стали незначительны. Энергетическая диаграмма со­ответствует уравнению и наглядно отражает поток и распределение мощностей в двигателе (рис. 3.13).

Рис. 3.13. Энергетическая

диаграмма асинхронного двигателя

На энергетической диаграмме:

Р₁= 3U₁I₁cosφ₁ — активная мощность, потребляемая машиной из сети;

Р_М1= 3I²₁ R₁ — потери в меди обмотки статора;

Р_C1— потери в стали статора;

Р_ЭМ — электромагнитная мощ­ность, передаваемая от статора в ротор через воздушный зазор двигателя;

Р_{M 2}= m₂I²₂R₂— потери в меди

ротора;

Р_C2— потери в стали ротора;

Р₂— полезная мощность на валу машины. Полезная мощность на валу двигателя равна

Р₂= MΩ₂, (3.29)

где Ω₂ = πn₂ /30(рад/с) — угловая частота вращения ротора, M — момент нагрузки на валу машины.

Разность между подводимой от сети мощностью Р₁и поте­рями в меди и стали статора называемая электромагнитной мощностью Р_ЭМ, которая подводится к ротору через воздуш­ный зазор посредством электромагнитного поля. Электромаг­нитная мощность равна:

Р_ЭМ = Ω₁М.(3.30)

Если пренебречь потерями в стали ротора Р_C2 и механи­ческими потерями на трение в подшипниках, то потери в об­мотке ротора:

Р_М2=Р_ЭМ –Р₂ = Ω₁ М - Ω₂М.

Поскольку Ω₂ = Ω₁(l - s), то потери в обмотке ротора для установившейся частоты вращения равны:

P_M2 = Ω₁s M.(3.31)

Выражение (3.31) показывает, что потери в обмотке рото­ра зависят от скольжения, возрастая пропорционально росту скольжения. Потому величину Р _M2часто называют мощностью скольжения. Из (3.31) следует, что работа асинхронного дви­гателя при больших скольжениях неэкономична и может при­вести к опасному перегреву обмотки ротора.

Добавочные потери в асинхронных машинах возникают из-за пульсаций потока вследствие зубчатости статора и рото­ра, а также вызываются потоками высших гармоник и некото­рыми технологическими факторами. Их расчет затруднителен, поэтому в соответствии с ГОСТ 25941-83 при номинальном токе статора добавочные потери принимают приблизительно равными 0,005Р₁.

Коэффициентом полезного действия электродвигателя называется отношение полезной механической мощности на его валу к электрической мощности, потребляемой из сети:

η= Р₂/Р₁ = Р₂/(Р₂ + ΔР) = 1 -ΔР/Р₂(3.32)

где АР — суммарные потери мощности в электродвигателе. У серийных асинхронных двигателей с номинальной мощ­ностью от 1 до 1000 кВт КПД находится в пределах 0,72...0,95. Большие значения КПД относятся к машинам больших мощ­ностей.