Потери энергии в асинхронном двигателе

7.3 Потери и кпд асинхронного двигателя

Магнитные потери P_м в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике ротора и статора при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания

, β = 1,3÷1,5.

Частота перемагничивания сердечника статора равна f=50 Гц, соответственно, магнитные потери в сердечнике статора значительны, а частота перемагничивания сердечника ротора при номинальном скольжении составляет f=50∙s = (2…4)Гц и магнитные потери в сердечнике ротора малы, которые на практике не учитывают.

Электрические потери вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами:

и ,

где r₁ и r₂ – сопротивления обмоток фаз статора и ротора; m – число фаз.

В асинхронных двигателях с фазным ротором дополнительно имеются электрические потери в щеточном контакте.

Механические потери Рмех — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора

В двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.

Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности Р₁.

Таким образом, часть подводимой к двигателю мощности затрачивается в статоре на магнитные Р_М и электрические потери Р_Э1. Оставшаяся электромагнитная мощность Р_ЭМ передается на ротор, где расходуется на электрические потери Р_Э2 и преобразуется в полную механическую мощность. Часть этой мощности идет на покрытие механических и добавочных потерь, а оставшаяся мощность Р₂ – полезная мощность двигателя.

Электрические потери в обмотках являются переменными потерями, так как их величина зависит от нагрузки двигателя, то есть от значений токов в обмотках статора и ротора. Переменными являются и добавочные потери. Магнитные и механические потери практически не зависят от нагрузки.

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя определяется

С изменениями нагрузки КПД меняет свою величину: в режиме холостого хода КПД равен нулю, а с ростом нагрузки КПД увеличивается, достигая максимума при нагрузке равной (0,7÷0,8)Р_ном.

КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт η= 75÷88 %, а для двигателей мощностью более 10 кВт η = 90÷94 %.

Коэффициент полезного действия один из основных параметров асинхронного двигателя, который определяет его энергетические свойства — экономичность в процессе эксплуатации. Кроме того, КПД двигателя, а точнее величина потерь в нем, регламентирует температуру нагрева его основных частей и в первую очередь обмотки статора. По этой причине двигатели с низким КПД (при одинаковых условиях охлаждения) работают при более высокой температуре нагрева обмотки статора, что ведет к снижению их надежности и долговечности.

Как уменьшить потери в асинхронном двигателе

Асинхронные двигатели широко используются в различных отраслях промышленности благодаря своей эффективности и надежности. Однако во время работы эти двигатели также могут иметь значительные потери энергии. Эти потери влияют не только на производительность двигателя, но и на общую эффективность электрической системы. В этой статье мы рассмотрим некоторые эффективные стратегии снижения потерь в асинхронном двигателе, что приведет к более эффективной и экономичной работе. Читайте дальше, чтобы узнать, как оптимизировать производительность вашего двигателя и максимизировать экономию энергии.

Как можно уменьшить механические потери в двигателе внутреннего сгорания

Как уменьшить потери в асинхронном двигателе

Асинхронные двигатели широко используются в различных отраслях промышленности благодаря своей эффективности и надежности. Однако эти двигатели также могут иметь механические потери, которые влияют на их производительность. В этой статье мы рассмотрим некоторые стратегии по уменьшению этих потерь и повышению эффективности асинхронного двигателя.

1. Адекватная смазка. Адекватная смазка имеет решающее значение для снижения механических потерь в асинхронном двигателе. Использование высококачественной смазки и поддержание ее оптимального уровня может помочь минимизировать трение и износ механических компонентов двигателя.

2. Уменьшенное сопротивление воздушному потоку. Воздушный поток внутри асинхронного двигателя может привести к значительным механическим потерям. Чтобы уменьшить эти потери, важно оптимизировать конструкцию охлаждающих ребер и воздуховодов, обеспечив плавный и беспрепятственный поток воздуха.

3. Модернизация подшипников. Подшипники являются важнейшими компонентами асинхронного двигателя, и их износ может способствовать механическим потерям. Использование высококачественных подшипников и регулярное техническое обслуживание для поддержания их в хорошем состоянии может помочь снизить потери и повысить эффективность двигателя.

4. Снижение вибрации. Чрезмерная вибрация асинхронного двигателя может вызвать дополнительное трение и увеличить механические потери. Чтобы минимизировать вибрацию, важно правильно сбалансировать ротор и вращающиеся части двигателя.

5. Оптимизация геометрии ротора. Геометрия ротора может оказать существенное влияние на механические потери асинхронного двигателя. Оптимизируя форму и материалы, используемые в роторе, можно уменьшить потери на трение и повысить эффективность двигателя.

6. Контроль температуры. Перегрев может способствовать механическим потерям в асинхронном двигателе. Поддержание надлежащей температуры с помощью эффективной системы охлаждения может помочь уменьшить эти потери и продлить срок службы двигателя.

Какие потери возникают в якоре машины постоянного тока?

Какие потери возникают в якоре машины постоянного тока

В машине постоянного тока якорь — это часть двигателя, отвечающая за преобразование электрической энергии в механическую. Во время этого процесса возникают различные виды потерь, влияющие на производительность и эффективность двигателя. Далее мы разберем основные потери, возникающие в якоре, и способы их снижения.

1. Потери в меди якоря: Эти потери обусловлены сопротивлением меди, используемой в катушках якоря. Чем больше сопротивление, тем больше потери. Чтобы уменьшить эти потери, важно использовать высококачественную медь с низким удельным сопротивлением. Кроме того, для снижения электрического сопротивления рекомендуется использовать катушки большего сечения.

Вы заинтересованы в: Как собрать инвертор шаг за шагом: полное руководство для начинающих

2. Гистерезисные потери: Эти потери происходят из-за намагничивания и размагничивания магнитопровода якоря. Чтобы уменьшить эти потери, в конструкции сердечника рекомендуется использовать материалы с низкой коэрцитивной силой и высокой магнитной проницаемостью.

3. Потери на вихревые токи: Эти потери обусловлены токами, индуцируемыми в магнитопроводе якоря из-за изменений магнитного поля. Чтобы уменьшить эти потери, используются ламинированные сердечники или магнитные материалы с высоким удельным сопротивлением.

4. Потери на трение и вентиляцию: Эти потери возникают из-за трения механических компонентов якоря, а также тепла, выделяемого вентиляцией двигателя. Чтобы уменьшить эти потери, важно использовать подшипники с низким коэффициентом трения и эффективные системы вентиляции.

Как защитить асинхронный двигатель

Как защитить асинхронный двигатель

Электрические асинхронные двигатели широко используются в различных промышленных и коммерческих целях благодаря своей эффективности и надежности. Однако эти двигатели подвергаются воздействию различных факторов, которые могут привести к повреждению и сокращению срока их службы. Вот почему важно принять адекватные защитные меры для обеспечения оптимальной работы и предотвращения возможных сбоев. В этой статье мы рассмотрим некоторые из наиболее распространенных способов защиты электроасинхронного двигателя.

1. Защита от перегрузки: Одним из наиболее распространенных способов защиты электроасинхронного двигателя является использование тепловых реле перегрузки. Эти реле постоянно контролируют ток, протекающий через двигатель, и действуют как предохранительные выключатели в случае, если ток превышает заданный уровень. Это помогает предотвратить повреждение двигателя из-за перегрузок.

2. Защита от короткого замыкания: Короткие замыкания могут возникнуть при неисправности электрической системы и неконтролируемом протекании тока. Для защиты асинхронного двигателя от короткого замыкания используются предохранители или автоматические выключатели. Эти устройства устанавливаются в электрическую цепь двигателя и действуют как защитные выключатели, которые срабатывают при обнаружении чрезмерного тока.

3. Защита от перенапряжения: Скачки напряжения или скачки напряжения могут серьезно повредить электрический асинхронный двигатель. Для защиты двигателя от подобных событий используются устройства защиты от перенапряжения, такие как варисторы или ограничители перенапряжения. Эти устройства поглощают избыточное напряжение и отводят его от двигателя, предотвращая тем самым возможные повреждения.

4. Защита от низкого напряжения: Слишком низкое напряжение питания может привести к неисправности двигателя и снижению его производительности. Для защиты двигателя от пониженного напряжения используются реле низкого напряжения. Эти реле контролируют уровень напряжения и отключают двигатель, если напряжение падает ниже заданного порога.

5. Защита от перегрева: Перегрев – одна из основных причин поломки мотоцикла.

Не поддавайтесь «индуцированию» и положите конец потерям в вашем двигателе! Следуйте этим советам и попрощайтесь с напрасной тратой энергии. Ваш кошелек и окружающая среда скажут вам спасибо!

Расчет потерь и КПД асинхронных двигателей

Преобразование электрической энергии в меха­ническую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энер­гии, поэтому полезная мощность на выходе двигате­ля Р₂ всегда меньше мощности на входе (потребляе­мой мощности) Р₁ на величину потерь Р :

Потери Р преобразуются в теплоту, что в ко­нечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери Р_м в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вих­ревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания Р_м = f β ,

где β = 1,3 ÷ 1,5. Частота перемагничивания сердеч­ника статора равна частоте тока в сети ( f = f ₁ ), а частота перемагничивания сердечника ротора f = f ₂ = f _{1 s} .При частоте тока в сети f ₁ = 50 Гц при номинальном скольжении s _ном = 1 ÷ 8 % частота перемагничивания ротора f = f₂ = 2 ÷ 4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практи­ческих расчетах не учитывают.

Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора прохо­дящими по ним токами. Величина этих потерь про­порциональна квадрату тока в обмотке (Вт):

электрические потери в обмотке статора

электрические потери в обмотке ротора

Р_э2 = m ₂ I 2 ₂ r ₂ = m ₁ I ′ 2 ₁ r ′ 1 (7.3)

Здесь r ₁ и r ₂ — активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру Θ_раб (см. § 8.4):

где r_1.20 и r_2.20 — активные сопротивления обмоток при температу­ре Θ₁ = 20 °С; α — температурный коэффициент, для меди и алю­миния α = 0,004.

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

где Р_эм — электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

Из (7.5) следует, что работа асинхронного двигателя эконо­мичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в роторе.

В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо пере­численных электрических потерь имеют место еще и электрически e потери в щеточном контакте Р_э.щ = 3 I ₂ Δ U _щ /2, где U _щ =2,2 В — переходное падение напряжения на пару щеток.

Механические потери Р_мех — это потери на трение в подшип­никах и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора (Р_мех = n 2 ₂ ). В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.

Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности Р₁:

При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением

где β = I ₁ / I_1ном —коэффициент нагрузки.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

На рис. 7.1 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя, из которой видно, что часть подводимой к двигателю мощности Р₁ = m ₁ U ₁ I ₁ cos φ₁ затрачивается в статоре на магнитные Р_ы и электрические Р_э1 потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность Р_эм передается на ротор, где частично расходуется на электрические потери Р_э2 и преобра­зуется в полную механическую мощность Р′₂. Часть мощности идет на покрытие механических Р_мех и добавочных потерь Р_доб, а оставшаяся часть этой мощности Р₂ составляет полезную мощ­ность двигателя.

Рис. 7.1. Энергетическая диа­грамма

У асинхронного двигателя КПД : η = Р₂/ Р₁ =1 — P . (7.10)

Электрические потери в об­мотках Р_Э1 и Р_Э2 являются пере­менными потерями, так как их величина зависит от нагрузки дви­гателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора. Переменными яв­ляются также и добавочные потери (7.8). Что же касается магнитных Р_м и механических Р_мех, то они практически не зависят от нагруз­ки (исключение составляют двига­тели, у которых с изменением на­грузки в широком диапазоне меняется частота вращения).

Коэффициент полезного дей­ствия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также ме­няет свою величину: в режиме хо­лостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увели­чивается, достигая максимума при нагрузке (0,7 ÷ 0,8)Р_ном. При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке ( P ₂ > Р_ном) он резко убывает, что объясняется ин­тенсивным ростом переменных потерь (Р_э1 + Р_э2 + Р_доб), величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности.

КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт η_ном = 75 ÷ 88%, для двигателей мощностью более 10 кВт η_ном =90 ÷ 94%.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ:

1. Решить задачу №1. Трехфазный асинхронный двигатель с числом полюсов 2 = 4 включен в сети напряжением 380 B , частотой 50 Гц при соединении обмотки статора «треугольником». В табл. 7.1. приведе ны параметры двигателя, соответствующие его номинальной нагрузке: мощность двигателя P _ном , КПД ƞ_ном , коэффициент мощности cosα ₁ . При нагрузке Р₂ = 0,85Р_ном КПД двигателя имеет наибольшее значение ƞ_мах = 1,03ƞ_ном. Необходимо определить все остальные виды потерь двигателя для режима номинальной нагрузки.

Потери и КПД асинхронного двигателя

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)
Р Рм Рэ1 Рэ2 Рмех Рдоб
(8)
На рисунке 1 представлена энергетическая диаграмма
асинхронного двигателя, из которой видно, что часть
подводимой к двигателю мощности Р1=m1U1I1cosφ1
затрачивается в статоре на магнитные Рм и электрические Рэ1
потери.
СОДЕРЖАНИЕ

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом
обмоток статора и ротора проходящим по ним током. Величина
этих потерь пропорциональна квадрату тока в обмотке (Вт):
Электрические потери в обмотке статора
(1)
2
э1
1 1 1
Р mI r
Электрические потери в обмотке ротора
Рэ 2 m2 I 22 r2 m1 I 2 2 r2
(2)
Здесь r1 и r2 –активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора
пересчитанные на рабочую температуру θраб.
СОДЕРЖАНИЕ

5. МАГНИТНЫЕ ПОТЕРИ

Магнитные потери Рм в асинхронном двигателЕ вызваны
потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи,
происходящими в сердечнике при его перемагничивании.
Величина магнитных потерь пропорциональна частоте
перемагничивания Рм≡fβ, где β=1,3÷1,5. Частота
перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети
(f=f1), а частота перемагничивания сердечника ротора f=f2=f1s.
СОДЕРЖАНИЕ

6. МАГНИТНЫЕ ПОТЕРИ

При частоте тока в сети f1=50 Гц и номинальном
скольжении Sном=1÷8% частота
перемагничивания ротора f=f2=2÷4 Гц, поэтому
магнитные потери в сердечнике ротора
настолько малы, что их в практических расчетах
не учитывают.
СОДЕРЖАНИЕ

7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

r1 r1.20 1 раб 20 ; r2 r2.20 1 раб 20
(3) где r1.20 и r2.20 –
активные сопротивления обмоток при температуре θ1=20ºС; αтемпературный коэффициент.
Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:
Рэ2 SPэм (4)
где Рэм – электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт
(5)
Рэм Р1 Рм Рэ1
Из (4) следует, что работа асинхронного двигателя экономичнее при малых
скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в
роторе.
СОДЕРЖАНИЕ

8. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

Механические потери Рмех – это потери на
трение в подшипниках и на вентиляцию.
Величина этих потерь пропорциональна
квадрату частоты вращения (Рмех≡n22).
В асинхронных двигателях с фазным ротором
механические потери происходят еще и за
счет трения между щетками и контактными
кольцами ротора.
СОДЕРЖАНИЕ

9. ДОБАВОЧНЫЕ ПОТЕРИ.

Добавочные потери включают в себя все виды
трудноучитываемых потерь, вызванных действием
высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции
в зубцах и другими причинами. В соответствии ГОСТом
добавочные потери асинхронных двигателей принимают
равными 0,5 % от подводимой к двигателю мощности Р1:
Рдоб 0,005Р1
(6)
При расчете добавочных потерь для неноминального
режима следует пользоваться выражением
(7)
Рдоб 2
Рдоб
где β = I1/I1ном-коэффициент нагрузки
СОДЕРЖАНИЕ

10.

У асинхронного двигателя КПД
Р2
Р
1
Р1
Р1
(9)
Коэффициент полезного действия асинхронного
двигателя с изменениями нагрузки меняет свою
величину: в режиме х.х. КПД равен 0, а затем с ростом
нагрузки он увеличивается, достигая максимума при
нагрузке (0,7÷0,8) Рном.
При дальнейшем увеличении нагрузки КПД
незначительно снижается, а при перегрузке (Р2>Рном)
он резко убывает, что объясняется интенсивным
ростом переменных потерь (Рэ1+Рэ2+Рдоб), величина
которых пропорциональна квадрату тока статора, и
уменьшением коэффициента мощности.
СОДЕРЖАНИЕ

11.

График зависимости КПД от нагрузки η=f(B) для
асинхронных двигателей имеет вид,
аналогичный представленному на
рисунке 2.
КПД трехфазных асинхронных двигателей общего
назначения при номинальной нагрузке составляет: для
двигателей мощностью от 1 до 10 кВт ηном=75÷88%,
для двигателей мощностью более 10 кВт ηном=90÷94%.
СОДЕРЖАНИЕ

12. КПД

Коэффициент полезного действия является одним из
основных параметров асинхронного двигателя,
определяющим его энергетические свойства экономичность в процессе эксплуатации. Кроме того, КПД
двигателя, а точнее величина потерь в нем, регламентирует
температуру нагрева его основных частей и в первую
очередь его обмотки статора. По этой причине двигатели с
низким КПД (при одинаковых условиях охлаждения)
работают при более высокой температуре нагрева обмотки
статора, что ведет к снижению их надежности и
долговечности.
СОДЕРЖАНИЕ
ВСЁ