Straty energii i sprawność silników indukcyjnych

W silniku elektrycznym podczas przekształcania jednej formy energii w inną część energii jest tracona w postaci ciepła rozpraszanego w różnych częściach silnika. Silniki elektryczne mają utrata energii trzy rodzaje: straty uzwojenia, straty stali i straty mechaniczne… Ponadto występują niewielkie dodatkowe straty.

Utrata energii w silnik asynchroniczny rozważ użycie jego diagramu energetycznego (ryc. 1). Na schemacie P1 to moc dostarczana do stojana silnika z sieci. Większość tej ramy mocy, pomniejszona o straty stojana, jest przekazywana elektromagnetycznie do wirnika przez szczelinę. Nazywa się to mocą elektromagnetyczną Ram.

Ryż. 1. Schemat mocy silnika

Strata mocy w stojanie jest sumą strat mocy w jego uzwojeniu Ptom 1 = m1 NS r1 NS I12 oraz strat stali Pc1. Moc Pc1 to straty odwrotne prądów wirowych i magnesowanie rdzenia stojana.

Występują również ubytki stali w rdzeniu wirnika silnika indukcyjnego, ale są one niewielkie i mogą nie być brane pod uwagę.Wynika to z faktu, że prędkość wirowania strumienia magnetycznego względem stojana n0 razy prędkość wirowania strumienia magnetycznego względem wirnika n0 — ponieważ prędkość wirnika silnika asynchronicznego n odpowiada stabilnej część naturalnych właściwości mechanicznych.

Moc mechaniczna silnika asynchronicznego Pmx rozwijana na wale wirnika jest mniejsza od mocy elektromagnetycznej Pem o wartość mocy P około 2 strat w uzwojeniu wirnika:

Rmx = Ram — Pvol2

Moc na wale silnika:

P2 = Pmx — strmx,

gdzie strmx jest siłą strat mechanicznych równą sumie strat tarcia w łożyskach, tarcia części wirujących o powietrze (straty wentylacyjne) oraz tarcia szczotek o pierścienie (dla silników z wirnikiem fazowym).

Moc elektromagnetyczna i mechaniczna są sobie równe:

Baran = ω0M, Pmx = ωM,

gdzie ω0 i ω — prędkość synchroniczna i prędkość obrotowa wirnika silnika; M jest momentem rozwijanym przez silnik, to znaczy momentem, z którym wirujące pole magnetyczne działa na wirnik.

Z wyrażeń tych wynika, że ​​straty mocy w uzwojeniu wirnika:

lub Pokolo 2 = z NS PEm

W przypadkach, gdy znana jest rezystancja czynna r2 fazy uzwojenia wirnika, straty w tym uzwojeniu można również wyznaczyć z wyrażenia Pokoło 2 = m2NS r2NS I22.

W asynchronicznych silnikach elektrycznych występują również dodatkowe straty spowodowane przekładnią wirnika i stojana, prądami wirowymi w różnych jednostkach konstrukcyjnych silnika i innymi przyczynami. Przy pełnym obciążeniu strat silnika przyjmuje się Pd równe 0,5% jego mocy znamionowej.

Współczynnik sprawności (COP) silnika indukcyjnego:

η = P2 / P1 = (P1 — (Pc — Pc — Pmx — Pd)) / P1,

gdzie Rob = About1 + Rob2 — całkowite straty mocy w uzwojeniach stojana i wirnika silnika asynchronicznego.

Ponieważ całkowita strata zależy od obciążenia, sprawność silnika indukcyjnego jest również funkcją obciążenia.

na ryc. 2 dana jest krzywa η = e(P / Pnom), gdzie P / Pnom — moc względna.

Ryż. 2. Charakterystyki pracy silnika indukcyjnego

Silnik indukcyjny jest zaprojektowany tak, aby zmaksymalizować jego sprawność ηmax jest utrzymywany przy obciążeniu nieco mniejszym niż nominalne. Sprawność silnika jest dość wysoka iw szerokim zakresie obciążeń (ryc. 2, a) Dla większości nowoczesnych silników asynchronicznych sprawność wynosi 80-90%, a dla silników o dużej mocy 90-96%.