Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.

В электрическом двигателе происходит преобразование электрической энергии в механическую. Электрическая энергия, подводимая к статору, частично теряется в статоре, вызывая нагрев обмотки и сердечника. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя представлена на рис. 7.

Рис. 7. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя.

Потери в статорной обмотке. Мощность потерь пропорциональна квадрату действующего тока статора. Величина потерь зависит от нагрузки двигателя.

Потери в стали сердечника. Этот вид потерь вызывается перемагничиванием элементов магнитопровода, относительно которого вращается магнитное поле. Основная часть магнитных потерь (потерь в стали от гистерезиса и вихревых токов) сосредоточена в статоре, поскольку ротор перемагничивается со значительно меньшей частотой. Эти потери зависят от напряжения и не зависят от нагрузки.

Электромагнитная мощность Р_эм, передаваемая на ротор, равна разности мощности, подведенной к статору и потерь мощности в проводниках обмотки и стали статора.

Мощность, переданная на ротор, частично теряется в нем на потери в проводниках обмотки и на механические потери.

Потери в роторной обмотке. Мощность потерь пропорциональна квадрату действующего тока ротора. Величина потерь зависит от нагрузки двигателя.

Механические потери. Эти потери состоят из потерь на трение в подшипниках, в контактных кольцах и вентиляционных.

Полезная мощность на валу равна полной механической мощности Р_мех за вычетом механических потерь Р_мх.

Подводимая мощность определяется как:

,

где U_1ф – фазное напряжение, В;

U₁ – линейное напряжение, В;

I₁ – ток в фазе статора, А;

cosφ – коэффициент мощности двигателя.

Полезная мощность определяется как:

,

где М_с – момент сопротивления на валу двигателя, Нм.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя равен:

.

Вращающий момент асинхронного двигателя.

Вращающий момент асинхронного двигателя создается в результате взаимодействия вращающегося поля статора на индуцированные токи ротора.

При работе двигателя в установившемся режиме, т.е. при постоянной скорости вращения, развиваемый двигателем вращающий момент уравновешивается:

- моментом сопротивления производственного механизма М_с;

- моментом сопротивления вращению ротора двигателя, т.е. моментом холостого хода М_хх.

.

Полная механическая мощность

.

Вращающий момент, развиваемый двигателем определяется как:

где R’₂, X’₂ – приведенные активное и реактивное сопротивление обмотки ротора: . .

Коэффициент трансформации от статора к ротору определяют как отношение ЭДС и :

,

где w₁ – число витков обмотки статора, w₂ – число витков обмотки ротора.

Вращающий момент пропорционален квадрату напряжения на двигателе и активному сопротивлению обмотки ротора.

Механические характеристики асинхронного двигателя.

Механические характеристики асинхронного двигателя представляют собой зависимость скорости вращения ротора от вращающего момента

n = f(M) и зависимость вращающего момента от скольжения M = f(s). Характерный вид механических характеристик приведен на рис. 8 и рис. 9.

Рис. 8.

Рис. 9.

Двигатель устойчиво работает на участке от скорости идеального холостого хода n₁ до критической скорости n_кр. На этом участке развиваемый двигателем момент М меньше максимального М_m. Максимальный момент пропорционален квадрату подводимого к двигателю напряжения. Максимальный момент не зависит от активного сопротивления ротора.

Отношение максимального момента к номинальному называется перегрузочной способностью двигателя.

Перегрузочная способность .

Для короткозамкнутых двигателей обычно .

Момент при s = 1 (n = 0)называется пусковым.

Для короткозамкнутых двигателей обычно .

Скольжение, а также скорость, при максимальном моменте называются критическими. У асинхронных двигателей обычного исполнения s_кр = 0,1 -0,15.

Выражение для механической характеристики можно записать как:

.

где .

Максимальный момент и критическое скольжение определяются как:

.

Механическая характеристика асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором может быть построена по данным каталога. Для этого должны быть известны:

- номинальная мощность;

- номинальное напряжение;

- номинальная скорость;

- перегрузочная способность двигателя.

Номинальное скольжение .

Критическое скольжение .

Выражение для механической характеристики можно записать как:

.

У двигателей с контактными кольцами (фазным ротором) механические характеристики зависят от внешних активных сопротивлений, включенных в цепь трехфазной обмотки ротора. Механическая характеристика при закороченной роторной обмотке, т.е. когда внешние сопротивления равны нулю, называется естественной характеристикой. Механические характеристики, полученные введением в цепь роторной обмотки сопротивлений, называются искусственными. Обычно в каждую фазу ротора включаются одинаковые сопротивления, так как показано на схеме рис. 10.

Рис.10. Схема включения добавочных сопротивлений в фазы ротора.

Рис.11. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

У двигателей с контактными кольцами пусковой момент увеличивается по мере возрастания внешних сопротивлений, включенных в цепь ротора. Величина пускового момента может быть доведена до величины максимального момента. Введение сопротивлений в цепь ротора позволяет уменьшить пусковой ток двигателя.