Потери энергии и кпд

Потребляемая двигателем из сети активная электрическая мощность преобразуется в механическую. При этом мощность потребляемая из сети всегда отличается от мощности на валу двигателя на величину потерь , происходящих в двигателе в процессе преобразования энергии, т.е. . Мощность потерь складывается из электрических, магнитных и механических потерь.

Электрические потери возникают при протекании токов в обмотках статора и ротора и зависят от нагрузки двигателя. Электрические потери в статоре и роторе равны соответственно и

М агнитные потери , т.е. потери вызванные наличием магнитного потока в магнитопроводе связаны с возникновением вихревых токов и с перемагничиванием стали, зависят только от величины магнитного потока и при постоянном напряжении питания также постоянны. Здесь следует оговориться, что в отличие от трансформатора постоянными будут только потери в магнитопроводе статора. В роторе они будут изменяться с нагрузкой, т.к. будет изменяться частота скольжения. Однако эта частота в номинальном режиме составляет величину порядка 2-3 Гц и при такой частоте потери в магнитопроводе ротора настолько малы, что их просто не учитывают. Магнитные потери в статоре пропорциональны приблизительно частоте питания .

Кроме этих потерь в двигателе существуют также механические потери , вызванные трением в подшипниках вала, трением ротора о воздух, а в двигателях с фазным ротором еще и трением щеток о контактные кольца. Механические потери пропорциональны приблизительно второй степени скорости вращения.

Таким образом, энергетический баланс машины с учетом сказанного можно представить в виде уравнения или энергетической диаграммы (см. рисунок).

Мощность передаваемая магнитным полем через рабочий зазор машины  называют электромагнитной мощностью. Она представляет собой активную мощность потребляемую из сети за вычетом электрических и магнитных потерь в статоре . Она может быть также представлена произведением момента на синхронную угловую скорость .

Механическая мощность ротора вращающегося с угловой скоростью  равна и составляет за вычетом механических потерь мощность на валу двигателя .

Из энергетической диаграммы следует, что электрические потери ротора , т.е. эти потери пропорциональны скольжению.

КПД двигателя можно определить в общем виде как . Пользуясь понятием коэффициента нагрузки , можно определить КПД двигателя как

Обычно КПД асинхронных двигателей составляет 0,75-0,95, причем большие значения относятся к двигателям большей мощности

Рабочие характеристики и коэффициент мощности

К оэффициент мощности является одним из важнейших энергетических показателей асинхронного двигателя, т.к. он определяет эффективность использования источников электрической энергии и сетей. Чем выше , тем лучше работает сеть, тем меньше в ней потери электрической энергии. Это особенно важно для асинхронных машин т.к. они являются основными потребителями и от правильной их эксплуатации зависит эффективность работы всей сети.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей сильно зависит от нагрузки. В режиме холостого хода ток статора в основном реактивный. По мере увеличения нагрузки на валу растет активная составляющая тока за счет увеличения механической мощности, а реактивная составляющая остается приблизительно постоянной, т.к. постоянным остается основной магнитный поток. При дальнейшем росте нагрузки выше номинальной возрастают потоки рассеяния и реактивная составляющая тока, снижая . Типичная зависимость коэффициента мощности от нагрузки приведена на рисунке, где - коэффициент нагрузки. Таким образом, для эффективного использования двигателя он должен работать с нагрузкой близкой к номинальной. При этом его коэффициент мощности составляет 0,8-0,9. Крайне низкий у слабо загруженных машин, поэтому двигатель и режим его работы следует выбирать так, чтобы он был достаточно нагружен.

К ривые скорости вращения, момента на валу, КПД и тока статора в функции мощности, отдаваемой двигателем при постоянном напряжении и частоте сети называют рабочими