Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
/г = Р(Иі-и)/60.
Если цепь ротора замкнуть, то токи в обмотках фаз ротора аналогично токам в обмотках фаз статора будут возбуждать вращающееся магнитное поле.
Частота вращения «отн этого поля относительно ротора определяется общим выражением частоты вращения многополюсного поля (8.5):
«о™ =/г ¦ 60//?.
Так как сам ротор вращается в том же направлении с частотой п, то его поле вращается в пространстве с частотой
потн + П = (п{ - п) + П = П{
т. е. поля ротора и статора вращаются синхронно и по отношению друг к другу остаются неподвижными. Складываясь, вращающиеся магнитные поля статора и ротора образуют рабочее вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя, которое служит таким же связующим звеном между обмотками фаз статора и ротора, как и синусоидальное магнитное поле в магнитопроводе трансформатора, передающее энергию от первичной обмотки ко вторичной.
В дальнейшем вместо термина рабочее вращающееся магнитное поле будем пользоваться сокращенным — вращающееся магнитное поле асинхронного двигателя. Именно это поле необходимо учитывать при расчетах процессов в цепях статора и ротора.
Различают несколько режимов работы асинхронного двигателя:
• номинальный режим, соответствующий номинальному скольжению ротора S1 = 5ном при номинальных напряжении U1 = UlHOM и токе I1 = /1ном питающей сети;
• рабочий режим, при котором напряжение питающей сети близко к номинальному значению или равно ему, U1 ~ UHOM, а нагрузка двигателя определяется тормозным моментом на валу при скольжении 5 < 5ном и токе Ii < /1ном;
• режим пуска двигателя, возникающий при подключении напряжения питающей сети и неподвижном роторе 5=1.
189
8.6. Энергетический баланс и КПД асинхронного
двигателя
Комплексная мощность трехфазного асинхронного двигателя определяется по формуле
St=Pi+ JQi = 31V1Z1COS ф, + у'З UiIi sin ф,,
где Pi и Qx — активная и реактивная мощности двигателя.
Активная мощность двигателя P1 равна средней мощности необратимого преобразования в двигателе электрической энергии, получаемой из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии, а реактивная мощность Qx — максимальной мощности (4.38) обмена энергией между источником и магнитным полем двигателя (см. подразд. 4.14).
Активная мощность и КПД двигателя. Диаграмма необратимого преобразования энергии в двигателе показана на рис. 8.12, где Px — мощность потребления двигателем энергии из сети; Рпр1 — мощность потерь на нагрев проводов обмотки статора; P^n — мощность вращающегося магнитного поля; Рс — мощность потерь на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника статора (мощность потерь в сердечнике ротора, через который замыкается вращающееся магнитное поле, практического значения не имеет, так как частота/^ тока в цепи ротора мала (1—3 Гц) и мощность потерь на гистерезис и вихревые токи незначительна); Рэм = Рщ,.„--Рс — электромагнитная мощность ротора; Рпр2 — мощность потерь на нагрев проводов обмотки ротора; Рмех = Px - Рпр\ - Рс ~ Рщ>г — механическая мощность ротора; Рмехп — мощность механических
потерь в двигателе; P2 = Рмех -ность на валу двигателя.
о ь о
0-
TT
P
TT
Pl
npl
РпР1
Рис. 8.12
лех.п — полезная механическая мощ-
Отношение полезной механической мощности P2 на валу двигателя к активной мощности Px потребления электрической энергии из сети определяет КПД асинхронного двигателя
Ц = (P2/Px)WO %.
КПД современных трехфазных асинхронных двигателей при номинальном режиме работы составляет 80—95 %.
Реактивная мощность и коэффициент мощности двигателя. Реактивная мощность Qx характеризует обратимый процесс обмена энергией между магнитным полем двигателя и источником.
190
При проектировании и эксплуатации асинхронных двигателей учитывают соотношение между активной и реактивной мощностями, которое определяется коэффициентом мощности
При постоянном напряжении U1 между выводами обмотки фазы статора и токе I1 < 11ном магнитный поток вращающегося поля двигателя Фтвр также постоянен (3.20) и не зависит от ее нагрузки. Это означает, что реактивная мощность и энергия, запасаемые в магнитном поле асинхронного двигателя, также постоянны и не зависят от его нагрузки.
Однако с ростом нагрузки активная мощность двигателя и коэффициент мощности двигателя увеличиваются. Если при отсутствии нагрузки на валу двигателя коэффициент мощности асинхронного двигателя равен 0,1—0,15, то при номинальной нагрузке коэффициент мощности достигает 0,8—0,95.
8.7. Вращающий момент и механическая характеристика асинхронного двигателя
При взаимодействии вращающегося магнитного поля двигателя с токами в проводниках обмотки ротора возникают электромагнитные силы, создающие вращающий момент асинхронного двигателя, который зависит от магнитного потока Фтвр и тока в проводниках обмотки ротора I2. Учитывая, что мощность вращения определяется активной мощностью двигателя, для вращающего момента можно записать:
где сд — постоянная величина для данного двигателя; <р2 — угол сдвига фаз между ЭДС и током в обмотке ротора; cos tp2 — коэффициент мощности фазы ротора.
