Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.

Рис. 2.

При анализе электромагнитных процессов в машинах общего применения часто полагают С1≈1, что существенно облегчает расчеты и мало влияет на точность полученных результатов. Г-образную схему замещения при С1 = 1 называют упрощенной схемой замещения с вынесенным намагничивающим контуром.

Потери асинхронного двигателя и КПД 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, U1 – напряжение на статорной обмотке, I1 – ток в статорной обмотке, cosφ1 – 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, Uщ – падение напряжения на пару щеток

Оставшаяся мощность называется механической

Г-образная схема замещения

В Г-образной схеме рабочая ветвь и цепь намагничивания независимы, а сопротивления активные и индуктивные можно просуммировать.

В Г-образной схеме замещения

,

где — комплексное число

Ток I₁, не должен изменяться, тогда исходя из Т-образной схемы

а, в Г-образной схеме ток

после преобразования получим

,

поэтому параметры статорной обмотки должны умножить на коэффициент С₁, а параметры роторной обмотки на (см. Г-образную схему). Покажем связь между током в роторе (Т-образной схемы замещения) с током (Г-образной схемы замещения).

Из Т-образной схемы ток

,

если подставить выражение тока и преобразуем это выражение, тогда получим

,

тогда отношение токов

равно комплексному коэффициенту С₁.

т.е. С₁ представляет собою отношение напряжения приложенного к двигателю к напряжению на намагничивающем контуре при токе идеального холостого хода (S = 0).

Реально в машинах r₁ и x₁

2.10 Вращающий (электромагнитный) момент асинхронной машины

Для вывода формулы этого момента предварительно рассмотрим энергетическую диаграмму асинхронного двигателя (рис.1).

1. Активная потребляемая мощность из сети

2. В статоре имеются потери в обмотках

и магнитные потери Р_мг, которые определяются из опыта холостого хода (см. рис.2).

3. Р_эм – электромагнитная мощность

,

она электромагнитным путем передается на ротор. В роторе потерями в стали пренебрегаем, т.к. f = (2 — 3)Гц.

4. Потери в обмотке ротора Р_эл2 определим ниже. p_мех – механические потери определяем из рис.2. Р_доб – добавочные потери принимаются равными 0,5% от Р₁. Р_мех — полная механическая мощность.

Мощность на валу

КПД —

М — электромагнитный момент, создаваемый в результате взаимодействия вращающего магнитного поля с током в роторе (предварительное определение). Электромагнитный момент двигателя должен уравновесить момент на валу – М₂ и момент холостого хода М = М₂ + М₀ .

Выразим электромагнитную и полную механическую мощность через электромагнитный момент.

где w₁ — угловая скорость поля статора.

где w — угловая скорость ротора.

Потери в обмотке ротора

итак .

Потери в меди (алюминии) обмотки ротора зависят от электромагнитной мощности и скольжения и прямо от параметров не зависят. Для уменьшения этих потерь номинальное скольжение должно быть как можно меньше.

Исходя из этого выражения, получим формулу электромагнитного момента

, откуда (1).

Используя Г-образную схему замещения получим

(2)

Подставив уравнение (2) в уравнение (1) получим

если , тогда

. Зависимость M = f(S)

Зависимость электромагнитного момента от скольжения называется механической характеристикой. Из выражения видно, что электромагнитный момент асинхронного двигателя зависит от U 2 квадрата подведенного напряжения, т.е. если U уменьшить на 10%, то момент уменьшится на 19%. При постоянных параметрах схемы замещения зависимость М электромагнитного момента от скольжения представлена на рис.3.

Пояснение зависимости M = f(S).

Область от S = 0 ¸ S_кр

При малом скольжении X_2S » 0, тогда ток в роторе активному току, с увеличением S­ M­

Момент зависит от потока и активной составляющей тока в роторе

В области M_max начинает проявляться индуктивное сопротивление X_2S.

Область скольжений S = S_кр ¸ 1

В этой области с увеличением скольжения S увеличивается индуктивное сопротивление ротора X_2S = X₂×S за счет которого увеличивается угол y₂ между ЭДС и током (см. рис. 4), активная составляющая при этом уменьшается, а следовательно уменьшается и момент, т.е. S­ X_2S­ ­ M¯

На рис.3 ток, при S = 1 равен пусковому, который в 5¸7 раз больше номинального. При S = 0 ток I₁ ¹ 0, т.к. при S = 0 двигателем потребляется реактивная мощность для создания вращающего поля, кроме того, двигателем потребляется активная мощность на покрытие потерь в статоре.

При S = 0 ток ротора , т.к.

Кривая зависимости M = f(S) характеризуется тремя моментами:

а) Пусковой момент М_п при S = 1

б) Максимальный момент М_max ® S_кр

в) Номинальный момент М_Н ® S_Н

Отношение максимального (критического) момента к номинальному, называется перегрузочной способностью