Полная мощность трехфазного асинхронного двигателя равна:
S = P1+jQ1=3U1I1 cos ф1 + j3U1I1 sin ф1
где Р1 — активная мощность двигателя; Q1 — реактивная мощность двигателя.
Активная мощность двигателя Р1 определяет среднюю мощность необратимого преобразования в двигателе электрической энергии потребляемой им из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии.
Реактивная мощность двигателя Q1 определяет максимальную мощность обмена энергией между источником и магнитным полем двигателя (2.52).
Активная мощность и КПД двигателя. Диаграмма преобразования энергии в двигателе показана на рис. 14.20. В ней исходной величиной
является активная мощность Р1 = ЗU1I1cos ф1 потребления электрической энергии из сети трехфазного тока. Часть этой мощности Рc равна мощности потерь на нагревание проводников обмотки статора.
Рис. 14.20. |
Остальная мощность преобразуется в мощность вращающегося магнитного поля Рвр,п. Часть этой мощности Рс составляет мощность потерь на гистерезис и вихревые токи в сердечнике статора. Мощность потерь в сердечнике ротора, через который замыкается вращающийся магнитный поток, практического значения не имеют благодаря тому, что частота f 2 в роторе весьма мала (1—3 Гц). При такой частоте мощность потерь на гистерезис и вихревые токи незначительна.
|
|
Оставшаяся часть мощности вращающегося магнитного поля составляет электромагнитную мощность ротора Рэм = Рвр,п — Рс. Наконец, чтобы определить механическую мощность Рмех, развиваемую ротором, из электромагнитной мощности нужно вычесть мощность потерь на нагревание проводников обмотки ротора Рпр2. Следовательно,
Но полезная механическая мощность Р2 на валу двигателя будет меньше механической мощности Рмех из-за механических потерь Рм,п в двигателе, т. е.
Р2 = Рмех - Рм,п.
Отношение полезной механической мощности Р2 на валу двигателя к активной мощности Р1 потребления электрической энергии из сети определяет КПД асинхронного двигателя
= Р2/ Р2
Коэффициент полезного действия современных трехфазных асинхронных двигателей при номинальном режиме работы составляет 0,8—0,95.
Реактивная мощность и коэффициент мощности двигателя. Реактивная мощность Q1 характеризует обратимый процесс обмена между энергией, запасенной в магнитном поле двигателя, и энергией источника. Так как необходимость магнитного поля обусловлена принципом действия асинхронного двигателя, то неизбежна реактивная мощность двигателя.
При проектировании и эксплуатации асинхронных двигателей представляет интерес соотношение между активной и реактивной мощностями, которое определяется коэффициентом мощности:
|
|
Cosф1= . (14.21)
Анализ уравнения электрического состояния фазы статора (14.116) показывает, что при постоянном напряжении U1 между выводами фазной обмотки статора и I1 I1ном магнитный поток вращающегося поля машины Фв также постоянен и не зависит от ее нагрузки. Это означает, что энергия, запасаемая в магнитном поле асинхронного двигателя, и реактивная мощность двигателя также постоянны и не зависят от ее нагрузки. Но так как с увеличением нагрузки активная мощность двигателя увеличивается, то из (14.21) следует, что с увеличением нагрузки коэффициент мощности двигателя увеличивается. Если при отсутствии нагрузки на валу двигателя коэффициент мощности асинхронного двигателя равен 0,1—0,15, то при номинальной нагрузке двигателя коэффициент мощности достигает 0,8 — 0,9.