7.3.5. Втрати, коефіцієнт корисної дії та коефіцієнт потужності асинхронного двигуна

Процес перетворення електричної енергії змінного струму в механічну енергію обертального руху в асинхронному двигуні супроводжується електричними, магнітними та механічними втратами.

Електричні втрати виникають під час проходження струмів через обмотки статора Р_1е й ротора Р_2е та пропорційні квадратам цих струмів. Для трифазних асинхронних двигунів потужністю до 100 кВт електричні втрати складають Р_іе + Р_2е = (0,04-0,13) Р_ном До магнітних належать втрати на гістерезис та вихрові струми в пакетах магнітопроводів статора Р_1м й ротора Р_2и. Магнітними втратами у сталі ротора звичайно нехтують, тому що частота роторного струму при номінальному навантаженні дуже мала (f₂ = 1/2,5 Гц). Магнітні втрати у трифазних асинхронних двигунах потужністю до 100 кВт складають (0,02/0,06)P_ном (Механічні втрати Р_мех складаються з втрат на тертя у підшипниках, ротора об повітря і на вентиляцію двигуна. Вони залежать від швидкості обертання ротора, яка в робочому режимі майже не змінюється, тому і втрати можна вважати сталими P_мех = = соnst. Механічні втрати у трифазних асинхронних двигунах потужністю до 100 кВт складають (0,008/0,015)Р_ном

Наочну уяву про розподіл потужностей в асинхронному двигуні при перетворенні електричної енергії в механічну дає енергетична діаграма (рис. 7.20). Електрична

потужність р₁, яку підводять з мережі до статора двигуна Р_{ = 3U₁I₁ соsφ₁ більша, ніж потужність Р₂ = Р_мех - р_мех - корисна механічна потужність на валу

двигуна. Крім того, на енергетичній діаграмі показано: Р_ем =

Мwо — електромагнітна потужність, яка передається обертовим магнітним полем із статора на

Pис. 7.20. Енергетична діаграма асинхронного двигуна.

ротор; Р_мех = Мw — механічна потужність, яку розвиває ротор асинхронного двигуна.

Коефіцієнт корисної дії асинхронного двигуна n, дорівнює відношенню корисної потужності на валу Р₂ до всієї потужності, що підводиться з мережі до двигуна Р_и

де Р = Р_1е + Р_2е + P_мех — сума втрат у двигуні.

Номінальний коефіцієнт корисної дії трифазного асинхронного двигуна потужністю до 100 кВт лежить у межах 0,75—0,93, причому більше значення коефіцієнта корисної дії мають двигуни більшої потужності.

Коефіцієнт потужності асинхронного двигуна соsφ₁ величина якого при синусоїдальних напругах і струмах чисельно дорівнює

залежить від навантаження на валу двигуна. При холостому ході коефіцієнт потужності, звичайно, низький і не перевищує 0,08— 0,15, а при навантаженні, близькому до номінального, він досягає 0,75-0,95.

7.3.6. Однофазний асинхронний двигун

Однофазний асинхронний двигун має статор з однофазною обмоткою і короткозамкнений ротор. Особливістю цього двигуна є те, що він не має свого пускового моменту. Для пуску застосовують різні пускові пристрої: пускову обмотку, розщеплення магнітного потоку полюсів та ін.

Якщо однофазний двигун увімкнути в мережу, то його

ротор залишиться нерухомим. Проте досить подати ротору поштовх, щоб він почав обертатися і був спроможний нести навантаження.

Для того щоб однофазний двигун можна було привести в рух, на його статорі розміщують дві обмотки, осі яких зсунуті в просторі на кут 90 ел. град. Одна з цих обмоток називається робочою (РО), інша — додатковою (рис. 7.21). Додаткову обмотку називають також пусковою (ПО). Пускову обмотку через додатковий активний або реактивний опір вмикають для того, щоб струм у

Рис. 7.21. Схема пуску однофазних асинхронних двигунів з додатковим опором:

а — активним; б — реактивним.

Рис. 7.22. Схема синхронного гене­ратора. Рис. 7.23. Схема ротора синхронної машини:

а — з явно виявленими полюсами; б — з неявно виявленими полюсами.

ній був зсунутий за фазою відносно струму в робочій обмотці РО на кут, близький до 90°. Найчастіше як додатковий опір до пускової обмотки застосовують конденсатор.

Оскільки струми в робочій та пусковій обмотках будуть зсунуті на 90°, відповідно зсунуться за фазою і створені ними магнітні потоки. Результуючий магнітний потік Ф буде обертовим і, перетинаючи обмотку ротора, наводитиме у ній е. р. с. Е₂ і струм I₂. Внаслідок взаємодії потоку Ф і струму I₂ створюється обертальний момент, який приводить ротор в рух. Після пуску двигуна коло пускової обмотки вимикається.

У деяких однофазних двигунах робоча обмотка та обмотка з конденсатором у колі залишається ввімкненою на весь час роботи. Такі двигуни називають конденсаторними. Вони мають кращі робочі й пускові характеристики, вищий коефіцієнт потужності й більшу навантажувальну здатність.

Для реверсування однофазного асинхронного двигуна треба поміняти місцями кінці пускової або робочої обмоток.

Однофазні асинхронні двигуни широко використовуються в побуті, а також у медичній апаратурі. Оскільки вони мають значно гірші техніко-економічні характеристики, ніж трифазні (низький коефіцієнт потужності, менший коефіцієнт корисної дії, гірші масо-габаритні показники тощо), їх випускають малої потужності.