Б32 (Шпоры к экзамену по элтеху (теория))

32.Преобразование энергии в трехфазном асинхронном двигателе. Мощность потерь и КПД ТАД.Зависимость КПД от механической мощности

При работе асинхронного двигателя происходит процесс пре­образования электрической энергии в механическую энергию вращательного движения. Этот процесс сопровождается беспо­лезным расходом части энергии источника питания на нагрев машины, который характеризуют мощностями электрических, магнитных и механических потерь.

Мощностью электрических потерь характеризуют нагрев об­моток статора и ротора, обладающих активными сопротивле­ниями R1 и R2. По закону Джоуля- Ленца, она, как известно, пропорциональна квадрату тока в обмотке.

Мощностью магнитных потерь характеризуют нагрев паке­тов магнитопровода, вызванный гистерезисом и вихревыми токами.

Механические потери слагаются из потерь механической энергии на трение в подшипниках и контактных кольцах, а также на вентиляцию машины.

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 pj - мощность потребления электрической энергии; Р_1Э -мощность электрических потерь в обмотке статора; Р_1магн -мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода статора; Р_ЗЭ - мощность электрических потерь в обмотке ротора; Р_3магн -мощность магнитных потерь в пакете магнитопровода ротора; Р_мех - мощность механических потерь; Р₂ - полезная механи­ческая мощность двигателя. Уравнение (3.25) наглядно иллюстрируется диаграммой мощ­ностей, представленной на рис. 3.18.

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 рис. 3.18 следует, что мощность Р_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

Мощность Р_зм, называемую электромагнитной мощностью, можно выразить также через механические величины - угло­вую скорость Q j магнитного поля и электромагнитный момент М_эм, создаваемый двигателем вследствие силового взаимодей­ствия вращающегося магнитного поля с токами роторной об­мотки. Возможность такого выражения электромагнитной мощ­ности может быть обоснована при помощи рис. 3.19, на кото­ром изображена магнитная муфта, являющаяся моделью асинхронного двигателя.

Здесь взамен статора с трехфазной обмоткой, возбуждающей основное вращающееся магнитное поле, применены эквивалентные постоянные магниты, вращаемые посторонним двигателем со скоростью О1. Как известно из курса теоретической механики, момент сил, действующих на равномерно вращающийся ротор, равен мо­менту сил, действующих на статор, или моменту сил, прило­женных к полюсам вращаемого магнита. Отсюда мощность по­стороннего двигателя, вращающего магнитную муфту со скоростью O1, численно равна электромагнитной мощности.

Итак, мощность электрических потерь* в роторе асинхронного двигателя пропорциональна скольжению.

Для ограничения электрических потерь в роторе двигателя его рассчитывают и конструируют таким образом, чтобы при номинальной нагрузке частота вращения ротора незначительно отличалась от частоты вращения магнитного поля и, как уже от­мечалось выше, номинальное скольжение бывает равно не­скольким процентам.

Полезная механическая мощность Р₂ двигателя меньше ме­ханической мощности Р_мех ротора на значение мощности меха­нических потерь:

Поэтому полезный момент на валу двигателя немного мень­ше электромагнитного момента, развиваемого ротором, т. е.

^М9Ы " ^МВ_Р •

Для установившегося режима работы, как и для двигателя постоянного тока, вращающий момент М_вр равен моменту на­грузки, т.е. моменту сопротивления М_с и в этом случае воз­можно обозначение момента без всякого индекса: М - М_9М = М_с.

Следует иметь в виду, что в паспорте асинхронного двигате­ля, так же как и других электрических двигателей, в качест­ве номинальной мощности всегда указывается его полезная механическая мощность Р_а, а не мощность потребления элек­трической энергии pj . Отношение этих мощностей определяет коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного дви­гателя