Загуба на енергия и ефективност на асинхронните двигатели

При електродвигател при преобразуване на един вид енергия в друг част от енергията се губи под формата на топлина, разсейвана в различни части на двигателя. Електрическите двигатели имат загуба на енергия три вида: загуби при навиване, загуби в стомана и механични загуби… Освен това има незначителни допълнителни загуби.

Загуба на енергия в асинхронен двигател помислете за използването на неговата енергийна диаграма (фиг. 1). В диаграмата P1 е захранването, подадено към статора на двигателя от мрежата. Основната част от рамката на тази мощност, минус загубите в статора, се предава електромагнитно към ротора през пролуката. Обажда се Рам електромагнитна мощност.

Ориз. 1. Енергийна диаграма на двигателя

Загубата на мощност в статора е сумата от загубата на мощност в неговата намотка Pтом 1 = m1 NS r1 NS I12 и загуби в стомана Pc1. Мощност Pc1 са загубите от обръщане на вихровия ток и намагнитването на сърцевината на статора.

Загуби в стомана има и в сърцевината на ротора на асинхронния двигател, но те са малки и може да не се вземат предвид. Това се дължи на факта, че скоростта на въртене на магнитния поток спрямо статора n0 многократно скоростта на въртене на магнитния поток спрямо ротора n0 — нако скоростта на ротора асинхронен двигател н съответства на стабилната част от естествената механична характеристика.

Механична мощност асинхронен двигател Рмх, развит върху вала на ротора, е по -малък от електромагнитната мощност Рem по стойността на мощността Pоколо 2 загуби в намотката на ротора:

Rmx = Ram — Pvol2

Мощност на вала на двигателя:

P2 = Pmx — стрmx,

където стрmx е силата на механичните загуби, равна на сумата от загубите от триене в лагерите, триенето на въртящите се части срещу въздуха (загуби при вентилация) и триенето на четките върху пръстените (за двигатели с фазов ротор).

Електромагнитната и механичната мощност са равни:

Овен = ω0М, Рмх = ωМ,

където ω0 и ω — синхронна скорост и скорост на въртене на ротора на двигателя; M е моментът, развит от двигателя, тоест моментът, с който въртящото се магнитно поле действа върху ротора.

От тези изрази следва, че загубите на мощност в намотката на ротора:

или Pоколо 2 = с NS PЕм

В случаите, когато е известно активното съпротивление r2 на фазата на намотката на ротора, загубите в тази намотка могат да се намерят и от израза Pоколо 2 = м2NS r2NS I22.

При асинхронните електродвигатели има и допълнителни загуби поради предавката на ротора и статора, вихровите токове в различни структурни единици на двигателя и други причини. При пълни загуби на натоварване на двигателя Pd се приемат равни на 0,5% от номиналната му мощност.

Коефициент на ефективност (COP) на асинхронен двигател:

η = P2 / P1 = (P1 — (Pотносно — Pс — Pmx — Pд)) / P1,

където Роб =Pотносно1 + Rob2 — общи загуби на мощност в намотките на статора и ротора асинхронен двигател.

Тъй като общата загуба зависи от натоварването, ефективността на асинхронния двигател също е функция на товара.

На фиг. 2 е дадена крива η = е(Р / Рnom), където Р / Рnom — относителна мощност.

Ориз. 2. Характеристики на работа на асинхронния двигател

Асинхронният двигател е проектиран да увеличи максимално ефективността си ηмакс се проведе при товар малко по -малък от номиналния. Ефективността на двигателя е доста висока и в широк диапазон от натоварвания (фиг. 2, а).За повечето съвременни асинхронни двигатели ефективността е 80 — 90%, а за мощните двигатели 90-96%.