Потери энергии и кпд асинхронных двигателей

Рис. 1. Энергетическая диаграмма двигателя

Механическая мощность асинхронного двигателя Рмх, развиваемая на валу ротора, меньше электромагнитной мощности Рэм на значение мощности P об2 потерь в обмотке ротора:

Мощность на валу двигателя:

Электромагнитная и механическая мощности равны:

Из этих выражений следует, что мощность потерь в обмотке ротора:

или P об2 = s х P эм

В асинхронных электродвигателях имеются также добавочные потери, обусловленные зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных конструктивных узлах двигателя и другими причинами. При полной нагрузке двигателя потери P д принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.

Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя:

Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то и КПД асинхронного двигателя является функцией нагрузки.

Рис. 2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Потери асинхронного электродвигателя.

В асинхронном двигателе, являющемся трёхфазным, возникает два типа потерь. Вот эти потери:

1. Постоянные или фиксированные потери.

2. Переменные потери.

Постоянные или фиксированные потери

Постоянными потерями называют такие потери, которые остаются постоянными в нормальном режиме работы асинхронного двигателя. Такие потери могут быть легко получены путём проведения теста без нагрузки трёхфазного двигателя. Эти потери подразделяются на следующие виды:

1. Потери железа или потери сердечника.

2. Механические потери.

3. Потери трения щёток.

Потери железа или потери сердечника

Данные потери также можно подразделить на гистерезисные потери и потери вихревого тока. Потери вихревого электрического тока минимизируются за счёт использования наслоения на сердечнике. Раз применяется наслоение на сердечнике, область уменьшается, и поэтому увеличивается сопротивление, вследствие чего уменьшаются вихревые токи.

Гистерезисные потери минимизируются при помощи кремнистой стали высокого качества. Потери сердечника зависят от частоты поступаемого напряжения. Частота статора всегда является подающейся частотой, f, а частота ротора является проскальзыванием, умноженным на подающуюся частоту, (sf), которая всегда меньше частоты статора.

Частота статора составляет 50 герц. Частота ротора составляет около 1,5 герц. Так происходит потому, что в нормальном рабочем состоянии проскальзывание составляет 3%. Отсюда потери сердечника ротора очень малы по сравнению с потерями сердечника статора, и ими обычно пренебрегают при рабочих состояниях.

Механические потери и потери трения щёток

Механические потери имеют место быть в подшипнике, потери трения щёток возникают в асинхронном двигателе с обмотанным ротором. Эти потери составляют ноль на старте. По мере того, как возрастает скорость, данные потери увеличиваются. В трёхфазных двигателях скорость обычно остаётся постоянной. Отсюда следует, что и данные потери почти остаются постоянными.

Переменные потери

Эти потери также называются потерями меди. Данные потери происходят из-за электрического тока, идущего по обмоткам статора и ротора. Когда нагрузка меняется, данный электрический ток также изменяется, а потому и потери эти тоже претерпевают изменения. Поэтому их и назвали переменными потерями. Их можно получить при помощи проведения теста с заблокированным ротором трёхфазного двигателя.

Основная функция асинхронного двигателя состоит в том, чтобы преобразовывать электрическую энергию в механическую энергию. В течение данного преобразования одной энергии в другую, энергия проходит через различные этапы. Данная энергия, проходящая через разные ступени, отображается на диаграмме течения энергии.

Как известно, на входе трёхфазного асинхронного двигателя трёхфазная подача. Так что эта трёхфазная подача идёт на статор трёхфазного электродвигателя.
Допустим, Pin = электрическая энергия, которая идёт на статор трёхфазного двигателя,
VL = линейное напряжение, поступающее статору трёхфазного двигателя,
IL = линейный ток,
Cos = коэффициент мощности трёхфазного двигателя.
Вход электрической энергии на статор, Pin = 3VLILcos.

Часть этой энергии на входе используется для поддержки потери статора, которыми являются потери железа статора и потери меди статора. Сохраняющаяся энергия (электроэнергия на входе – потери статора) идёт на ротор как вход на ротор.
Так что вход на ротор, P2 = Pin – потери статора (потери меди статора и потери железа статора). Теперь ротор должен преобразовать этот вход на ротор в механическую энергию, но этот завершённый вход не может быть преобразован в механический выход, поскольку он должен поддерживать потери ротора.

Бывает два типа потерь ротора, а именно потери меди и потери железа. Потери железа зависят от частоты ротора, которая очень мала, когда ротор вращается. Поэтому этим обычно пренебрегают. Так что можно сказать, что ротор имеет лишь потери меди. По этой причине вход на ротор должен поддерживать эти потери меди. После этой поддержки, оставшаяся часть входа ротора, P2 преобразовывается в механическую энергию, Pm.

Допустим, Pc будет потерями меди ротора,
I2 будет током ротора в рабочем состоянии,
R2 – сопротивлением ротора,
Pm – общая производимая механическая энергия.
Pc = 3I22R2
Pm = P2 – Pc

Теперь эта создаваемая механическая энергия идёт на нагрузку за счёт вала, но появляются некоторые механические потери, такие как потери трения и потери сопротивления воздуха. Так что общая воспроизводимая механическая энергия должна быть подана на поддержание этих потерь.

Поэтому выход образуемой энергии идёт на вал, который в конечном итоге подаёт её нагрузке, Pout.
Pout = Pm – механические потери (потери трения, а также потери, связанные с сопротивлением воздуха).
Pout зовется энергией вала. Также его называют полезной энергией.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Источник

Асинхронные двигатели

1) Как создается магнитное поле АД?

Обмоткой статора подключенной к сети

2) Как выбираются главные размеры?

По требуемой мощности и скорости вращения

3) Что такое машинная постоянная Арнольда?

Отношение объема двигателя к его моменту

4) В каких частях двигателя выделяется тепло?

В обмотке статора, в магнитопроводе статора, в подшипниках

5) Какая самая нагретая часть АД охлаждающего газа, текущего в области зазора, поскольку

6) Как охлаждается АД со степенью защиты IP 44?

Обдувом оребренного корпуса внешним вентилятором

7) Как изменится ток статора, если зазор между статором и ротором увеличить?

8) Что такое коэффициент воздушного зазора (Коэффициент Картера)?

Коэффициент увеличения магнитного напряжения воздушного зазора за счет зубчатости статора и ротора

9) С какой целью обмотки мощных АД делают двухслойными?

Для улучшения формы МДС

10) В АД применяются двухслойные обмотки при мощности

11) Что такое обмоточный коэффициент?

Коэффициент уменьшения МДС фазы обмотки в сравнении с сосредоточенной обмоткой с тем же числом витков

12) Что такое коэффициент распределения обмотки?

Коэффициент уменьшения МДС фазы обмотки из-за расположения фазы обмотки в нескольких соседних пазах

13) Что такое коэффициент укорочения обмотки?

Коэффициент уменьшения МДС фазы обмотки из-за уменьшения магнитного потока витка

14) Как зависит электромагнитный момент АД от напряжения питания?

Уменьшается максимум момента и уменьшается пусковой момент

15) Почему при пуске АД иногда обмотку соединяют в звезду, а в рабочем режиме в треугольник?

Для обеспечения пуска при пониженном напряжении

16) Когда оправдан пуск при пониженном напряжении?

При пусковой нагрузке меньше номинальной

17) Почему в короткозамкнутых АД паз ротора выполняют узким и глубоким?

Для улучшения пусковых характеристик

18) Улучшение пусковых характеристик АД имеет место при изменении формы пазов ротора?

С грушевидной на паз с параллельными стенками

19) Чем отличается фазный ротор АД от короткозамкнутого?

Наличием трехфазной обмотки из медного провода

20) Какие виды потерь имеют место в АД

Потери с тали статора, потери в обмотках статора и ротора, добавочные потери в стали, механические потери.

21) Какие виды потерь в стали статора АД?

Магнитные потери в ярме, магнитные потери в зубцах, пульсационные потери в зубцах, поверхностные потери в зубцах

22) Как отводится тепло от проводников пазовой части обмотки статора?

Через изоляцию обмотки в зубцы и магнитопровод статора

23) Каким образом улучшают отвод тепла от обмотки статора в магнитопровод?

Пропитывают обмотку лаком

24) Какие элементы конструкции улучшают теплообмен между лобовыми частями обмотки статора и корпусом?

Лопатки на короткозамыкающих кольцах обмотки ротора

25) Как осуществляется балансировка ротора АД?

Установкой на ротор балансировочных грузов

26) Какие меры принимаются при сборке АД для снижения вибраций?

27) Почему роликовый подшипник иногда ставят у выходного конца вала?

Выходной конец вала наиболее нагружен в радиальном направлении

28) Как осуществляется смазка подшипников АД?

Консистенская смазкой набиваемой в подшипниковый узел при сборке АД

29) Как закрепляется в сердечник статора в корпусе?

Фиксирующим винтом, который вворачивается в магнитопровод статора

30) Как закрепляется сердечник ротора на валу?

Тугой посадкой на вал

31) Какова величина зазора между статором и ротором

32) к чему приводит эксцентричное положение ротора?

Увеличивается шум вибрации

33) может ли АД работать при обрыве одной фазы обмотки статора?

Может при пониженной нагрузке

34) Чем опасно межвитковое замыкание обмотки статора?

Провалы момента на пусковой характеристике АД

35) Чем опасен пробой корпусной изоляции обмотки статора?

Наличие сетевого напряжения на корпусе двигателя

36) Может ли АД работать с перегрузкой по мощности на 15%?

Может, если температура обмотки не превышает допустимой температуры нагрева

37) пуск синхронного компенсатора производят?

Разгонным двигателям, с помощью асинхронного пуска или с помощью преобразователя частоты

38) Недостатки асинхронного пуска синхронного компенсатора?

Большое потребление реактивной мощности

39) Магнитопровод статора машины постоянного тока выполняют шихтованным для

Снижения потерь в стали при работе от электронного регулятора напряжения

40) Коллектор машины постоянного тока это пакет изолированных друг от друга медных пластин продольно ориентированных в расположенных

На роторе рядом с якорем

41) Компенсационная обмотка машины постоянного тока предназначена

Для уменьшения влияния поперечной реакции якоря

42) Дополнительные полюса машины постоянного тока предназначены

Для улучшения коммутации

43) Коммутация в машине постоянного тока это

Изменение направления тока в секциях обмотки якоря

44) Для улучшения коммутации

Ускорить процесс снижения тока в секциях обмотки якоря

45) Уравнительные соединения в обмотке якоря машины постоянного тока служат для

Повышения равномерности нагрузки щеток машины

Источник

Потери асинхронного двигателя

Работа асинхронного двигателя, как и любой другой машины, сопровождается потерями. Потери в конечном итоге, приводят к нагреву двигателя и снижению его КПД.

КПД асинхронного двигателя, представляет собой отношение полезной мощности на выходе P₂ к подводимой двигателю мощности P₁, выраженная в процентах

Мощность, подводимая к двигателю

где m – количество фаз, U 1 – напряжение на статорной обмотке, I 1 – ток в статорной обмотке, cosφ 1 – коэффициент мощности двигателя

Полезная мощность на выходе P₂, меньше подводимой мощности P₁ на величину суммарных потерь ∑P

Потери ∑P складываются из магнитных, электрических и механических потерь

В первую очередь часть подводимой мощности P₁ расходуется на покрытие магнитных Pм₁ и электрических Pэ₁ потерь в статоре

Электрические потери в статоре

где r₁ активное сопротивление обмотки статора

Магнитные потери в статоре приблизительно определяются как

где f₁ – частота тока перемагничивания, которая равна частоте тока в сети. V = 1.3-1.5. Магнитные потери в роторе малы настолько, что ими при практических расчетах пренебрегают. Это связано с малой частотой перемагничивания ротора.

Мощность, оставшаяся после восполнения потерь в статоре, называется электромагнитной и равна

Электромагнитная мощность передается ротору с помощью магнитного поля, через воздушный зазор δ. Часть электромагнитной мощности затрачивается на электрические потери в роторе, которые пропорциональны скольжению

Отсюда можно получить выражение для скольжения

Не трудно заметить, что с увеличением скольжения электрические потери в роторе также увеличиваются, а это в свою очередь вызывает уменьшение КПД.

В асинхронных двигателях с фазным ротором, присутствуют потери в щеточном узле, которые обычно добавляют к электрическим потерям в роторе

где I₂ – ток ротора, U_щ – падение напряжения на пару щеток

Оставшаяся мощность называется механической

Часть механической мощности расходуется на механические и добавочные потери.

К механическим, относятся потери от трения в подшипниках, щетках и вентиляционные.

К добавочным потерям относят все остальные трудно учитываемые потери, которые, как правило, состоят из пульсационных и поверхностных потерь, которые возникают в зубцах ротора и статора. Приблизительное значение добавочных потерь рассчитывается по формуле

Оставшаяся мощность представляет собой полезную мощность на валу двигателя

Источник

Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе связано с потерями энер­гии. Полезная мощность на выходе двигате­ля всегда меньше потребляемой из сети мощности на величину потерь.

Сумма всех потерь АД:

Подводимая мощность:

Полезная мощность:

Энергетическая диаграмма АД:

1. Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и вих­ревые токи в сердечнике при его перемагничивании. Их величина пропорциональна частоте перемагничивания.

, где

Частота перемагничивания сердеч­ника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора обычно равна 2-4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора малы и их не учитывают.

2. Электрические потери – на нагрев обмоток статора и ротора.

Причём сопротивления обмоток зависят от температуры и необходимо их пересчитывать на рабочую температуру обмотки.

Потери в роторе зависят от скольжения:

В АД с фазным ротором есть ещё потери на сопротивлении щёточных контактов:

Электромагнитная мощность двигателя:

3. Механические потери – потери на трение в подшипниках машины и на вентиляцию. — пропорциональны частоте вращения ротора.

4. Добавочные потери – все трудноучитываемые потери типа действия высших гармоник ЭДС, пульсацией индукции в зубцах и др. Принимаются обычно полпроцента от подводимой мощности

для неноминального режима, где

Электрические и добавочные потери – переменные потери, они зависят от нагрузки двигателя. Магнитные и механические потери не зависят от нагрузки и постоянны.

12. Укажите, какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных дви­гателей. Приведите схему и объясните способ пуска асинхронного дви­гателя с фазным ротором.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются следующими пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока I_п или его кратностью I_п/I_н;

б) величиной пускового момента М_п или его кратностью М_п/М_н;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

Реостатный пуск. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора. Применяются проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жидкостные реостаты. По условиям нагрева реостаты рассчитываются на кратковременную работу.

С увеличением активного сопротивления ротора растет пусковой момент. Это свойство положено в основу пуска асинхронных двигателей с фазным ротором. Схема пуска двигателя показана на рис.1, а, процесс разгона — на рис.1, б.

На схеме пусковой реостат состоит из двух секций. Сопротивление пускового реостата R_пподбирается такое, чтобы пусковой момент был близок к максимальному (кривая 3 на рис.1, б). Пуск двигателя начинается при полностью введенном пусковом сопротивлении (контакты 1 и 2 на рис.1, а разомкнуты). Двигатель разгоняется до частоты, соответствую­щей скольжению S1. В этот момент замыкаются контакты 2, и в цепи ротора оказывается только одна секция пускового сопротивления, что соответствует характеристике 2, и двигатель продолжает разгоняться до частоты, определяемой скольжением S2. Когда все контакты замкнутся, они отключат пусковой реостат, и двигатель «выйдет» на естествен­ную характеристику. На рис.1, а показан пусковой реостат, состоящий из двух секций. В общем случае количество секций может быть больше.

Пусковые характеристики асинхронного, двигателя при реостатном пуске наиболее благоприятны, так как высокие значения моментов достигаются при невысоких значениях пусковых токов. К сожалению, для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором такой пуск невозможен

13. Приведите схемы и объясните способы пуска асинхронного дви­гателя с короткозамкнутым ротором.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателейскороткозамкнутым ротором: прямое включение в цепь, реакторный, автотрансформаторный, с переключением звезды на треугольник.

Прямой пуск.При прямом пуске двигатель подключается к сети без пусковых устройств. Благодаря своей простоте он является одним из основных способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Двигатели малой и средней мощности спроектированы на прямой пуск. Пусковой момент их составляет 100-130% от номинального, а пусковой ток превышает номинальный в 4-7 раз. Длительность пуска составляет доли секунд у двигателей небольшой мощности и несколько секунд у более мощных двигателей. Обмотки двигателей при этом не успевают нагреться, а крепления обмоток рассчитаны на динамические усилия, возникающие при пуске.

Прямой пуск всегда возможен, когда сеть достаточно мощна и пусковые токи двигателей не вызывают недопустимо больших падений напряжения в сети (не более 10-15%).

Если по условиям падения напряжения в сети прямой пуск двигателя с короткозамкнутым ротором невозможен, применяются различные способы пуска двигателя при пониженном напряжении (рис. 1. б, в и г).Однако при этом пропорционально квадрату напряжения на зажимах обмотки статора или квадрату пускового тока двигателя понижается также пусковой момент, что является недостатком пуска при пониженном напряжении, Поэтому эти способы пуска применимы, когда возможен пуск двигателя на х.х. или под неполной нагрузкой. Необходимость пуска при пониженном напряжении встречается чаще всего у мощных высоковольтных двигателей.

Реакторный пускосуществляется согласно, схеме (рис. 1.б). Сначала включается выключатель В1, и двигатель получает питание через трехфазный реактор (реактивную или индуктивную катушку) Р, сопротивление которого х_р ограничивает величину пускового тока. По достижении нормальной скорости вращения включается выключатель В2, который шунтирует реактор, в результате чего на двигатель подается нормальное напряжение сети.

Пусковые реакторы строятся обычно с ферромагнитным сердечником и рассчитываются по нагреву только на кратковременную работу, что позволяет снизить их вес и стоимость. Для весьма мощных двигателей применяются также реакторы без ферромагнитного сердечника, с обмотками, укрепленными на бетонном каркасе. Выключатель В1 выбирается на такую отключающую мощность, которая позволяет отключить двигатель при глухом коротком замыкании за выключателем, а выключатель В2 может иметь низкую отключающую мощность.

Автотрансформаторный пускосуществляется по схеме (рис. 1.в) в следующем порядке. Сначала включается выключатели В1 и В2, и на двигатель через автотрансформаторе Г подается пониженное напряжение. После достижения двигателем определенной скорости выключатель В2 отключается, и двигатель получает питание через часть обмотки автотрансформатора AT, который в этом случае работает как реактор. Наконец включается выключатель ВЗ, в результате чего двигатель получает полное напряжение.

Выключатель В1 должен быть выбран на отключающую мощность при коротком замыкании, а выключатели В2 и ВЗ могут иметь, меньшие отключающие мощности. Пусковые автотрансформаторы рассчитываются на кратковременную работу. Согласно ГССТ 3211 46, пусковые автотрансформаторы должны иметь ответвления, соответствующие величинам вторичного напряжения, равным 73, 64 и 55% от первичного при прямой схеме включения и 45, 36 и 27% при обратной схеме включения. В каждом конкретном случае выбирается подходящая ступень напряжения.

Пуск переключением «звезда— треугольник»(рис. 1,г)может применяться в случаях, когда выведены все шесть концов обмотки статора и двигатель нормально работает с соединением обмотки статора в треугольник, например, когда двигатель на 380/220 Вис соединением обмоток Y/Δ работает от сети 220 В. В этом случае при пуске обмотка статора включается в звезду (нижнее положение переключателя П на рис. 1.г) а при достижении нормальной скорости вращения переключается в треугольник (верхнее положение переключателя П на рис. 1.г).

Недостатком этого способа пуска по сравнению с реакторным и автотрансформаторным является то, что при пусковых переключениях цепь двигателя разрывается, что связано с возникновением коммутационных перенапряжений. Этот способ ранее широко применялся при пуске низковольтных двигателей, однако с увеличением мощности сетей потерял свое прежнее значение и в настоящее время используется сравнительно редко.

Источник