Как найти суммарные потери мощности в двигателе

Расчет потерь асинхронного двигателя

Основным
показателем двигателя, является его
коэффициент полезного действия (далее
КПД):

η=P₂/P₁=1
– ΔP/P₁,

 где
Р₂
– полезная мощность на валу электродвигателя,
Р₁
– активная мощность потребляемая
электродвигателем из сети, ΔP – суммарные
потери возникающие в электродвигателе.
КПД современных асинхронных двигателей
при номинальной нагрузке для машин
мощностью свыше 100 кВт составляет
0,920,96,
мощностью 1100
кВт – 0,70,9,
а микромашин – 0,40,6
(большие значения относятся к машинам
большей мощности). Очевидно, чем выше
КПД (и соответственно ниже потери), тем
меньше энергии потребляет электродвигатель
из сети для создания той же самой мощности
P₂.

Источником
нагрева двигателя являются потери,
выделяемые в нем. Потери в электрических
машинах (ЭМ) подразделяются на основные,
обусловленные протекающими в ЭМ
электромагнитными и механическими
процессами, и добавочные, обусловленные
различными вторичными явлениями.
Основные потери т.е. постоянные потери
не зависят от нагрузки. Это потери
подразделяют на следующие классы:

1.
механические потери (включают в себя
вентиляционные потери, потери в
подшипниках, потери на трение щеток о
коллектор или контактные кольца);

2.
магнитные потери (потери на гистерезис
и вихревые токи);

3.
электрические потери (потери в обмотках
при протекании тока).

Так
же как в трансформаторе, потери мощности
асинхронного двигателя следует разделить
на потери постоянные и переменные (или
потери холостого хода и короткого
замыкания). Магнитные потери определяются
аналогично магнитным потерям
трансформатора:

,

где
p_1,0/50–удельные
потери в стали на единицу массы при
частоте 50 Гц и индукции 1,0 Тл; B–индукция
на участке магнитопровода; G_C–
масса сердечника (магнитопровода) или
его участка.

Частота
перемагничивания в роторе ₂=₁s
в рабочем режиме двигателя существенно
меньше частоты магнитной индукции в
статоре; масса магнитопровода ротора
также меньше аналогичной массы статора.
Обычно в практических расчетах асинхронных
двигателей общепромышленного применения
пренебрегают магнитными потерями в
роторе.

Механические
потери p_МХ
состоят из потерь в подшипниках p_подш,
потерь на трение щеток о кольца р_тр.щ
(только для фазного ротора), вентиляционных
потерь р_вент,
включающих в себя потери на трение
частей машины о воздух и потери в
крыльчатке вентилятора, установленной
на валу машины: р_МХ=
p_подш+
р_вент+
р_тр.щ

Механические
потери зависят только от частоты вращения
и составляют не более 2 % от номинальной
мощности машины. Поскольку частота
вращения асинхронного двигателя при
изменении нагрузки от нуля до номинальной
изменяется мало, то механические потери
считаются постоянными.

В
отличие от трансформатора в асинхронном
двигателе учитывают электрические
потери холостого хода, поскольку ток
холостого хода в нем существенно больше,
чем в трансформаторе, и составляет от
20 до 50 % от номинального тока.

р_эл.0=m₁r₁
.

Таким
образом, потери холостого хода: p₀=p_MX+
p_MГ+р_эл.0.

К
потерям переменным (короткого замыкания)
относят электрические потери в обмотках
статора и ротора:

Р_эл1=m₁r₁
;
Р_эл2=m₁

.

К
переменным потерям относят и добавочные
потери, вызванные различными причинами:
неравномерностью зазора, технологическими
погрешностями, вытеснением тока в
проводниках обмотки, пульсациями
магнитного потока и т. д. Обычно эти
потери рассчитывают как определенный
процент от номинальной мощности.

Итак,
переменные потери зависят от второй
степени тока или второй степени
коэффициента нагрузки К_нг=I/I_Н
(отношения тока текущей нагрузки к
номинальному его значению):

Р_к=р_эл2+р_DБ=m₁r_к
+(I/I_Н)²+
р_DБ=

р_кн,

где
р_КН–потери
короткого замыкания при номинальном
токе.

Суммарные
потери мощности, таким образом, можно
представить в следующем виде:

р_=р₀+р_к=р₀+

р_КН.

Тогда:

.

Ниже
излагается математическая модель
расчета всех видов потерь и КПД.

ВОПРОСЫ
ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ

1. Какие
   потери называются переменными и
   постоянными?

2. Объясните
   потери холостого хода и к.з.?

3. От
   чего зависит КПД?

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, 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, 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

Рекомендуем к прочтению – Построение механической характеристики асинхронного двигателя

Просмотров: 24888

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

Рекомендуем к прочтению — Построение механической характеристики асинхронного двигателя

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 Электронщик , буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось — это поможет развитию канала

Источник

Потери мощности в электродвигателе

Потери мощности в электродвигателях делятся на постоянные и переменные. Они включают:

· потери в стали (потери в сердечнике), которые зависят от напряжения и поэтому являются постоянными для электродвигателя, независимо от его нагрузки;

· потери на трение (механические) и вентиляционные потери. Эти потери являются постоянными для заданной скорости и не зависят от нагрузки;

· потери от тока возбуждения или тока намагничивания АД;

· потери в меди, известные как потери I 2 R, пропорциональные квадрату тока нагрузки.

Потери в стали состоят из потерь на гистерезис, зависящих от физических характеристик используемой стали, и потерь на вихревые токи, которые определяются конструкцией и сборкой стальных пластин. Потери в стали влияют на коэффициент мощности электродвигателя, поскольку их возникновение связано с потреблением реактивного тока. При низкой нагрузке основную роль играют потери в стали, которые обуславливают низкие значения коэффициента мощности электродвигателя.

Даже при полной нагрузке асинхронный двигатель имеет сравнительно невысокий коэффициент мощности индуктивного характера и составляет 0,8 — 0,9. Чтобы свести к минимуму возможное снижение КПД и коэффициента мощности, необходимо, чтобы номинальная мощность электродвигателя была по возможности ближе к существующей нагрузке двигателя.

Кроме потерь на трение, остальные потери относятся к классу ”греющих” потерь, определяющих тепловой режим работы электродвигателя.

Так как ток двигателя зависит от статического момента и магнитного потока, то для каждой статической нагрузки имеется ток возбуждения, при котором суммарные потери минимальны.

Ремонтные работы приводят к тому, что результирующая индукция после каждого из ремонтов снижается. При этом растут потери, вызываемые вихревыми токами. Установлено, что каждый последующий ремонт увеличивает потери в стали на 5-13%. Это приводит к резкому увеличению тепловой напряженности и быстрому нарушению изоляции.

Дата добавления: 2014-01-15 ; Просмотров: 3021 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

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