Главная Движение носителей электрических зарядов



Выразив в (12.32) электрические потери мощности через э. д. с, ток и cosvr2 ротора, т2/22 = пгга/г cos vr2 = т2£2«/2 cos \;2, находим

т2£2/2 cos\/2 mlnfiWiKbi , ,,

Мэ.„ = ----= -7=-0„,/2COS\2 =

Фт1г cos 1Г2 = CJJi COS 11/2, (12.33)

где C„ = pm2W2/Co62/]/2 - постоянная (для обмотки короткозамкнутого ротора и2 = 1).

Из формулы (12 33) следует, что электромагнитный момент асинхронных машин пропорционален произведению магнитного потока на активную составляющую тока ротора.

Момент М, развиваемый двигателем на валу, меньше электромагнитного момента на значение момента трения М, обусловленного силами трения в подшипниках ротора и трения ротора о воздух; М = Мэ, - Мт. При практических расчетах моментом трения, который для асинхронных двигателей (особенно средней и большой мощности) относительно мал, пренебрегают и момент на валу

МкМ„ = С„Ф„/2 COS 1Г2. (12.34)

Вращающий момент выражается в ньютон-метрах (Н-м), если магнитный поток Ф,„ выражен в веберах, а ток /2 - в амперах.

Из выражения (12.29) с учетом (12.32) следует, что электромагнитная мощность Рэм = М,„Юо = Щ1Ь2/ = Рэ2/, откуда электрические потери в обмотке ротора

АРз2 = Pss. (12.35)

Используя (12.31), находим механическую мощность двигателя:

Рмех = Рэм - АРз2 = AP32/S - Арз2 = Рзм (1 - s). (12.36)

Из (12.35) следует, что мощность электрических потерь в роторе пропорциональна скольжению и что при неподвижном роторе (s = 1) вся электромагнитная мощность полностью преобразуется в теплоту в обмотке ротора, механическая же мощность равна нулю. Согласно (12.36), при номинальном режиме двигателя 99 - 94% электромагнитной мощности преобразуется в механическую и только 1-6% преобразуется в теплоту в обмотке ротора, так как Sjm = 0,01 0,06.

§ 12.7. Мощность, потеря жергш н к. п. д. асинхронного двиштеля

Мощность, подводимая к статору асинхронного двигателя из сети. Pi = т.«71С08ф1. (12.37)

При работе асинхронного двигателя происходит преобразование электрической энергии, подводимой из сети, в механическую энергию вращающегося вала. В работающем двигателе наблюдаются электри-



ческие потери в обмотках статора и ротора, потери в стали статора и ротора, механические потери на трение в подшипниках и контактных кольцах (для двигателей с контактными кольцами), а также потери на вентиляцию двигателя. Кроме того, имеются также добавочные потери АРдоб, обусловленные зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных конструктивных узлах двигателя и другими причинами. Добавочные потери асинхронного двигателя принимают равными 0,5 % от его номинальной мощности.

Рассмотрим потери энергии в асинхронном двигателе с помощью энергетической диаграммы (рис. 12.14). На диаграмме показано, что основная часть подводимой из сети мощности Pi за вычетом потерь в статоре электромагнитным путем передается в ротор в виде электромагнитной мощности:

Рз„=Р,-Арз,-АРсь (12.38)

где Арз1 = mirj\ - мощность, идущая на покрытие электрических потерь в активном сопротивлении обмотки статора; Ар,, i - мощность потерь в стали статора.

В роторе имеются, так же как и в статоре, электрические потери в обмотке Арз2 = т2Г212 и магнитные потери в стали сердечника. Однако на практике магнитными потерями в стали ротора пренебрегают, так как /2 в роторе очень мала (1 - 3 Гц) и эти потери незначительны. В асинхронных двигателях с фазным ротором наблюдаются также потери в щеточных контактах на кольцах, учитываемые обычно в электрических потерях Рз2.

Следовательно, вычитая потери ротора из электромагнитной мощности, получаем механическую мощность:

Рмех = Рэм - Арз2. (12.39)

Мощность Р2, развиваемая двигателем на валу, меньше механической мощности на значение потерь на трение Ар, обусловленных силами трения в подшипниках, трением ротора о воздух, вентиляционными потерями, и добавочных потерь Ардоб

Р2 = Рмех - АРт - Ар.

доб.

(12.40)

Потери на трение, превращаясь в теплоту, нагревают двигатель, а вентиляционные потери, представляя затраты мощности на продувание

воздуха внутри двигателя, идут на

Сеть I Статор

Ротор

его охлаждение.

Отношение полезной мощности Р2, развиваемой двигателем на валу, к мощности, потребляемой из сети Pi, называется коэффициентом полезного действия двигателя:

(12.41)

Зазор

Рис. 12.14

В паспорте двигателя обычно указывают его номинальную мощ-



ность Раош которая совпадает с мощностью Рг, развиваемой дветате-лем на валу.

К. п. д. асинхронных двигателей зависит от их номинальных мощностей. Так как при увеличении номинальной мощности машины относительное значение суммарных потерь уменьшается, то при возраста НИИ мощности машины к. п. д. увеличивается. Поэтому у маломощных машин к. п. д. составляет 40-60%, а в машинах мощностью от 1 до 100 кВт - 70 - 90%. В более мощных машинах к. п. д. составляет 92-96%.

aciSHxpoHswo двигателя

Зависимости частоты вращения ротора и, тока статора Ii, момента на валу М, к. п. д. ц и созфх от мощности Рг при Uj = const и /i = const называются рабочилш характеристиками асинхронного двигателя. Типичный вид рабочих характеристик (в относительных единицах) показан на рис. 12.15.

Рабочие характеристики для двигателей небольшой мощности можно построить путем непосредственного измерения частоты вращения и, тока Ii, момента на валу М и мошлости Рг при различных нагрузках двигателя, для чего используется электромагнитный (или какой-либо другой) тормоз, позволяющий изменять тормозящий момент. Однако такой метод построения рабочих характеристик не всегда возможен, так как не всегда позволяет получить достаточно точные результаты, а в ряде случаев вообще трудноосуществим, особенно для двигателей большой мощности. В этом случае рабочие характеристики получают косвенным (например, используя круговые диаграммы) или расчетным путем (если известны параметры машины, полученные из ее расчета или из опытов холостого хода и короткого замыкагшя).

Зависимость частоты вращения двигателя от нагрузки п = f (Рг) по виду является жесткой, так как частота вращения двигателя и = Ио (1 - s) при изменении нагрузки меняется незначительно. Жесткость характеристики обусловлена небольшими значениями скольжения двигателя при номинальной нагрузке (shom = 0,01 - 0,06), выбираемыми при проектировании двигателя из соображения экономичности, ибо с уменьшением скольжения снижаются потери мошлости в роторе АРэ2-

Вращающий момент на валу двигателя М связан с полезной

мощностью Рг, развиваемой дви- ООО 0,1 О,/- 0,6 0,8 1,0 Р/Р»

гателем на валу, соотношением

М = Рг/со. Если бы угловая ско- Рис. 12.15

2,0

Т.0

-0,8

0,6

-0,8

-о,и

0,1




0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0116