Потери энергии и кпд.

В электрической машине часть энергии теряется в виде тепла в различных частях - потери в обмотках, в стали, механические потери.

На диаграмме: Р₁ - мощность, подводимая из сети. Основная часть её за вычетом потерь в статоре, передаётся электромагнитным путём на ротор через зазор; Р_эм называется электромагнитной мощностью.

Потери в статоре складываются из потерь в обмотке и в стали:

Рис. 42. Энергетическая диаграмма АД.

р_с1 и р_с2. р_с1 теряется на вихревые токи и перемагничивание сердечника. Потери в стали имеются и в сердечнике ротора, но они невелики и их можно не учитывать, т.к. n₀ во много раз больше скорости магнитного потока относительно ротора n₀ - n , если n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.

Механическая мощность, развиваемая на валу ротора, меньше Р_эм на значение р_об2 потерь в обмотке ротора Р_мх = Р_эм - р_об2 Мощность на валу Р₂ = Р_мх - р_мх , где р_мх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и трение щеток о кольца.

Электромагнитная и механическая Р равны Р_эм = ω₀М, Р_мх = ωМ, где ω₀ и ω - скорости синхронная и ротора, М - момент, развиваемый двигателей, т.е. момент, с которым вращающееся поле действует на ротор.

Добавочные потери обусловлены зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных узлах и другими причинами. При полной нагрузке потери Рд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

К.п.д. двигателя:  = P₂/P₁ = [P₁ - (р_об + р_с + р_мх + р_д )] / Р₁ .

Т.к. общие потери зависят от нагрузки, то и КПД является функцией нагрузки. Машина конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия  имел место при нагрузке, несколько меньше номинальной. Для большинства двигателей к.п.д. равен 80-90%, а для мощных двигателей 90-96%.

Однофазные асинхронные двигатели.

Имеют однофазную обмотку, ротор может быть к.з. или фазным. Обмотка статора выполняется аналогично одной фазе трехфазного статора, но заполняет не 1/3 окружности, а несколько большую часть - до 2/3 его окружности. Переменный магнитный поток этой обмотки неподвижен в пространстве, в зазоре между статором и ротором он направлен по оси рабочей обмотки.

Магнитодвижущая сила (м.д.с.) статора изменяется во времени по гармоническому закону с амплитудой F_m и угловой частотой ω. Эта неподвижная, но переменная во времени, т.е. пульсирующая МДС может быть заменена двумя другими МДС F_m/2, постоянными по значению, но равномерно

Рис. 43. Принцип действия однофазного асинхронного двигателя.

вращающимися навстречу друг другу с угловой частотой ω, т.е. можно считать, что ротор однофазного двигателя находится под действием двух неизменных по значению магнитных потоков, вращающихся в противоположных направлениях. Вращающий момент возникает в результате взаимодействия вращающихся потоков с токами, индуктируемыми в роторе. Момент, возникающий в роторе под действием вращающегося и постоянного по значению потока, зависит только от скольжения s и определяется ранее приведенной формулой. Для пуска нужен разгон от постороннего устройства с такой скоростью, чтобы момент превысил момент статических сопротивлений нагрузки. Направление толчка произвольное. Часто для пуска используется пусковая обмотка, ось которой перпендикулярен оси рабочей обмотки. ДС - активное или реактивное сопротивление. Сдвиг по фазе между токами в РО и ПО создает вращение магнитного поля.

Рис. 44. Схемы пуска однофазных двигателей.

Очень легко это достигается при включении в цепь ПО конденсатора. После разгона ПО отключается. Для изменения направления вращения надо менять зажимы пусковой или рабочей обмотки. Есть конструкция однофазного двигателя с явно выраженными полюсами на статоре. Часть каждого полюса охватывается короткозамкнутым витком, за счет чего и создается вращающееся поле. Ротор такого двигателя может вращаться только в одном направлении. В случаях, когда перегорает предохранитель в цепи трехфазного двигателя или обрывается фаза, двигатель работает как однофазный, что обнаруживается по увеличению тока, падению скорости, гудению, уменьшается КПД, двигатель перегревается и выходит из строя.