Расчет потерь асинхронного двигателя

Основным показателем двигателя, является его коэффициент полезного действия (далее КПД):

η=P₂/P₁=1 – ΔP/P₁,

 где Р₂ – полезная мощность на валу электродвигателя, Р₁ – активная мощность потребляемая электродвигателем из сети, ΔP – суммарные потери возникающие в электродвигателе. КПД современных асинхронных двигателей при номинальной нагрузке для машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,920,96, мощностью 1100 кВт – 0,70,9, а микромашин – 0,40,6 (большие значения относятся к машинам большей мощности). Очевидно, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания той же самой мощности P₂.

Источником нагрева двигателя являются потери, выделяемые в нем. Потери в электрических машинах (ЭМ) подразделяются на основные, обусловленные протекающими в ЭМ электромагнитными и механическими процессами, и добавочные, обусловленные различными вторичными явлениями. Основные потери т.е. постоянные потери не зависят от нагрузки. Это потери подразделяют на следующие классы:

1. механические потери (включают в себя вентиляционные потери, потери в подшипниках, потери на трение щеток о коллектор или контактные кольца);

2. магнитные потери (потери на гистерезис и вихревые токи);

3. электрические потери (потери в обмотках при протекании тока).

Так же как в трансформаторе, потери мощности асинхронного двигателя следует разделить на потери постоянные и переменные (или потери холостого хода и короткого замыкания). Магнитные потери определяются аналогично магнитным потерям трансформатора:

,

где p_1,0/50–удельные потери в стали на единицу массы при частоте 50 Гц и индукции 1,0 Тл; B–индукция на участке магнитопровода; G_C– масса сердечника (магнитопровода) или его участка.

Частота перемагничивания в роторе ₂=₁s в рабочем режиме двигателя существенно меньше частоты магнитной индукции в статоре; масса магнитопровода ротора также меньше аналогичной массы статора. Обычно в практических расчетах асинхронных двигателей общепромышленного применения пренебрегают магнитными потерями в роторе.

Механические потери p_МХ состоят из потерь в подшипниках p_подш, потерь на трение щеток о кольца р_тр.щ (только для фазного ротора), вентиляционных потерь р_вент, включающих в себя потери на трение частей машины о воздух и потери в крыльчатке вентилятора, установленной на валу машины: р_МХ= p_подш+ р_вент+ р_тр.щ

Механические потери зависят только от частоты вращения и составляют не более 2 % от номинальной мощности машины. Поскольку частота вращения асинхронного двигателя при изменении нагрузки от нуля до номинальной изменяется мало, то механические потери считаются постоянными.

В отличие от трансформатора в асинхронном двигателе учитывают электрические потери холостого хода, поскольку ток холостого хода в нем существенно больше, чем в трансформаторе, и составляет от 20 до 50 % от номинального тока.

р_эл.0=m₁r₁ .

Таким образом, потери холостого хода: p₀=p_MX+ p_MГ+р_эл.0.

К потерям переменным (короткого замыкания) относят электрические потери в обмотках статора и ротора:

Р_эл1=m₁r₁ ; Р_эл2=m₁ .

К переменным потерям относят и добавочные потери, вызванные различными причинами: неравномерностью зазора, технологическими погрешностями, вытеснением тока в проводниках обмотки, пульсациями магнитного потока и т. д. Обычно эти потери рассчитывают как определенный процент от номинальной мощности.

Итак, переменные потери зависят от второй степени тока или второй степени коэффициента нагрузки К_нг=I/I_Н (отношения тока текущей нагрузки к номинальному его значению):

Р_к=р_эл2+р_DБ=m₁r_к +(I/I_Н)²+ р_DБ= р_кн,

где р_КН–потери короткого замыкания при номинальном токе.

Суммарные потери мощности, таким образом, можно представить в следующем виде:

р_=р₀+р_к=р₀+ р_КН.

Тогда: .

Ниже излагается математическая модель расчета всех видов потерь и КПД.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Какие потери называются переменными и постоянными?

2. Объясните потери холостого хода и к.з.?

3. От чего зависит КПД?