Втрати енергії і ККД асинхронних двигунів

В електронному движку при перетворенні 1-го виду енергії в інший частина енергії втрачається у вигляді теплоти, що розсіюється в різних частинах мотора. В електронних двигунах є втрати енергії 3-х видів: втрати в обмотках, втрати в сталі і механічні втрати. Крім того, є незначні додаткові втрати.

Втрати енергії в асинхронному двигуні розглянемо за допомогою його енергетичної діаграми (рис. 1). На діаграмі Р1 - потужність, що підводиться до статора мотора з мережі. Основна частина Рем цієї потужності, за вирахуванням втрат в статорі, передається електричним методом на ротор через зазор. Рем іменується електричною потужністю.

Мал. 1. Енергетична діаграма мотора

Втрати потужності в статорі складаються з втрат потужності в його обмотці Pоб1 = m1 х r1 х I12 і втрат в стали Pс1. Потужність Pс1 є втратами на вихрові струми і на перемагнічування сердечника статора.

Втрати в стали є і в осерді ротора асинхронного мотора, але вони невеликі і можуть не прийматися до уваги. Це пояснюється тим, що швидкість обертання магнітного потоку щодо статора n0 у багато разів більше швидкості обертання магнітного потоку щодо ротора n0 - n, якщо швидкість обертання ротора асинхронного мотора n відповідає стійкій частині природної механічної властивості.

Механічна потужність асинхронного мотора Рмх, що розвивається на валу ротора, менше електричної потужності Рем на значення потужності Pоб2 втрат в обмотці ротора:

Рмх = Рем - Pоб2

Потужність на валу двигуна:

Р2 = Рмх - pмх,

де pмх - потужність механічних втрат, що дорівнює сумі втрат на тертя в підшипниках, на тертя обертових частин об повітря (вентиляційні втрати) і на тертя щіток про кільця (для двигунів з фазним ротором).

Виконує електричне та механічне потужності рівні:

Рем = ω0M, Рмх = ωM,

де ω0 і ω - синхронна швидкість і швидкість обертання ротора мотора- М - момент, що розвивається двигуном, т. е. момент, з яким обертається магнітне поле діє на ротор.

З цих виразів випливає, що потужність втрат в обмотці ротора:

або Pоб2 = s х Pем

У випадках, коли зрозуміло активний опір г2 фази обмотки ротора, втрати в цій обмотці можуть бути знайдені також з виразу Pоб2 = m2х r2х I22.

В асинхронних електродвигунах є також додаткові втрати, зумовлені зубчасті ротора і статора, вихровими струмами в різних конструктивних вузлах мотора і іншими причинами. При повному навантаженні двигуна втрати Pд приймаються рівними 0,5% його номінальної потужності.

Коефіцієнт корисної дії (ККД) асинхронного мотора:

η = P2 / P1 = (P1 - (Pоб - Pс - Pмх - Pд)) / P1,

де Роб = Pоб1 + Роб2 - сумарна потужність втрат в обмотках статора і ротора асинхронного мотора.

Так як загальні втрати залежать від навантаження, то і КПД асинхронного мотора є функцією навантаження.

На рис. 2, а дана крива η = f (Р / Рном), де Р / Рном - відносна потужність.

Мал. 2. Робочі властивості асинхронного мотора

Асинхронний електродвигун конструюється так, щоб максимум її коефіцієнта корисної дії ηmax мав місце при навантаженні, кілька найменшою номінальною. ККД мотора досить високий і в широкому спектрі навантажень (рис. 2, а). Для більшості сучасних асинхронних двигунів ККД має значення 80 - 90%, а для потужних двигунів 90-96%.

Школа для електрика