3.3 Энергетические диаграммы асинхронных машин.

В электрической машине происходит преобразование электрической энергии в механическую или механической энергии в электрическую. Рассмотрим электрический двигатель. Асинхронный электрический двигатель условно можно изобразить в виде следующих элементов (Рис. 3.5).

Рисунок 3.5 Структурная схема асинхронного двигателя

Электрическая мощность , потребляемая двигателем из сети частично теряется в статоре двигателя. Эти потери связаны с потерями в обмотке статора которые зависят от нагрузки Мощность этих потерь пропорционально квадрату действующего тока статора и сопротивления обмоток . Потери в статоре связаны и с перемагничиванием его магнитопровода. Статор перемагничивается с частой 50Гц ротор, скользящий в этом поле - со значительно меньшей частотой (несколько Гц). Поэтому считается, что магнитные потери сосредоточены в статоре. Эти потери не зависят от нагрузки машины, т. к. не изменяют интенсивность результирующего поля машины.

Электромагнитная мощность характеризует скорость преобразования энергии посредством магнитного поля. В асинхронном двигателе электромагнитный момент М возникает в следствии воздействия рабочего вращающегося магнитного поля на токи ротора. Как было показано рабочее поле и токи вращаются с одинаковой скоростью . Следовательно электромагнитная мощность:

Механическая мощность развиваемая двигателем, определяется электромагнитным моментом M и скоростью ротора

=, где - скорость вращения ротора в оборотах в минуту.

Разность мощностей равна мощности электрических потерь в обмотке ротора , где

- скольжение.

Электрические потери в роторе асинхронной машины пропорциональны скольжению .

Наличие в роторе потерь пропорциональных скольжению – одна из особенностей асинхронной машины, обусловливающих их отличия от других типов электрических машин.

Если обмотки ротора представляют замкнутый контур, то при скольжении S = 1 вся мощность, поступающая на ротор, преобразуется в тепло. При S = 0 мощность из сети на ротор не поступает. При скольжениях, отличных от 0 и 1, электромагнитная мощность преобразована в двигательном режиме в механическое и тепло, в генераторном в электрическое и тепло. Если обозначить мощность механических потерь - . Полезная механическая мощность на валу .

Диаграмма активных мощностей двигателя приведены на рис.3.6

Рисунок 3.6 Диаграмма мощностей асинхронного двигателя

Современные двигатели работают с высоким коэффициентом полезного действия: .

Чем больше номинальная мощность двигателя , тем больше его кпд.

Диаграмма реактивных мощностей для асинхронного двигателя приведена на рис. 3.7

Рисунок 3.7 Диаграмма реактивных мощностей асинхронного двигателя

Из сети поступает реактивная мощность которая идет на создание рабочего вращающегося поля (). Часть мощности расходуется на поля рассеяния обмотки статора и ротора

3.4 Схема замещения трехфазной асинхронной машины.

При неподвижном роторе асинхронная машина представляет собой трансформатор, отличающийся от трансформатора нормального исполнения только в конструктивном отношении: распределенной обмоткой статора и ротора, наличием зазора и т. п. Что касается физической сущности явлений, то в обеих случаях одинакова, поскольку взаимодействие между статором и ротором асинхронной машины осуществляется только магнитным путем, т. е. так же как между первичной и вторичной обмотками трансформатора. С этой точки зрения целесообразно изучение асинхронной машины так же как и трансформатора начинать со схемы замечания. Ниже рассматривается трехфазная асинхронная машина. Так как машина имеет три одинаковые фазы, мы будем рассматривать схему замещения одной фазы.

Уравнения электрических цепей асинхронной машины приведенной к трансформатору дают исчерпывающее описание происходящей в ней электромагнитных процессов:

1. Уравнения напряжения обмотки статора

;

2. Уравнение эквивалентного неподвижного ротора

3. Уравнение Э.Д.С.

4. Уравнения токов

Из этой системы уравнений вытекает электрическая схема замещения асинхронной машины (Рис. 3.8) которая называется Т-образной схемой замещения асинхронной машины.

Рисунок 3.8 Т - образная схема замещения одной фазы асинхронной машины

С ее помощью можно найти точные расчетные формулы для всех величин, характеризующие электромагнитные процессы в машине (например, и др.)

Рассматривая установившийся режим асинхронной машины можно утверждать, что теорию асинхронной машины можно рассматривать, как теорию трансформатора, во вторичную обмотку которого вводиться активное сопротивления Активная мощность, которая выделяется на этом сопротивлении, пропорционально полезной мощности на валу машины. Развернутая Т-образная схема замещения асинхронной машины имеет вид (Рис.3.9).

Рисунок 3.9 Развернутая Т - образная схема замещения фазы асинхронной машины

сопротивления обмотки статора

сопротивление обмотки ротора приведенное к обмотке статора.

Потери на сопротивление - эквивалентны механической мощности на валу машины.

В этой схеме не учитываются потери в стали магнитопровода, реальная асинхронная машина приводиться к неподвижной за счет изменения активного сопротивления ротора до

Более удобной для инженерного применения является Г-образная схема замещения асинхронной машины, в которой намагничивающий контур вынесен на выводы сети (Рис. 3.10). В этой схеме замещения ток холостого хода не зависит от нагрузки и совпадает с действительным током в Т-образной схеме замещения при идеальном холостом ходе, когда S=0

Рисунок 3.10 Г-образная схема замещения асинхронной машины

Эта схема замещения является упрощенной в отличии от Т-образной схемы.

Соотношении параметров схем замещения двигателей единых серий, таковы, что переход от Т-образной к упрощенной Г-образной схеме замещения не приводит к заметным погрешностям. Обычно погрешность в определении токов в статоре и роторе не превышают 3-5 %

Схемы замещения играют важную роль в теории асинхронных машин. На их базе были получены основные соотношения для установившихся режимов, которые лежат в основе проектирования асинхронной машины. В Г-образной схеме замещения.

где -активное сопротивление характеризующее потери в стали магнитопровода;

-сопротивление взаимной индукции обмоток статора и ротора асинхронной машины.