3) Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

За
время dt
электрическая
энергия P1dt,
потребляемая
асин­хронным двигателем из сети,
преобразовывается в механическую P2dt.
При
работе машины неизбежно происходит
потеря преобра­зуемой ею энергии и,
следо­вательно, потребляемая дви­гателем
мощность Р1
будет
больше полезной Р₂,
разви­ваемой
на валу двигателя.

Процесс
преобразования энергии и потери,
происходя­щие при работе двигателя,
можно иллюстрировать энергетической
диаграммой (рис. 22.1). Потребляемая
двигателем мощность из се­ти P1
= m1U1l₁
cosφ1
частично расходуется на покрытие по­терь
в обмотках статора Р_m1
=т1I₁²r1
и
в стали сердечника статора Рс1
на
гистерезис и вихревые токи. Оставшаяся
часть мощности Pэм
= P1—Рm1—Рс1,
называемая
электромагнитной, передается рото­ру
через воздушный зазор вращающимся
магнитным полем. Энер­гия, полученная
ротором, преобразуется в механическую
и частично расходуется на покрытие
потерь в роторе. На диаграмме пока­зано,
что электромагнитная мощность, поступающая
на ротор, может быть представлена в виде
суммы двух мощностей: Рэм=P’2
+Pm2

Так
как сердечник ротора при работе двигателя
перемагничивается с малой частотой
pn_s/6O=f2=Sf1
то
потери в стали ротора будут также малы
(на энергетической диаграмме они не
показаны).

Не
вся энергия, преобразованная машиной
в механическую (P’2dt)
является
полезной энергией P₂dt,
так
как часть ее расходу­ется на покрытие
механических потерь Pмехdt
от
трения в подшип­никах и о воздух
вращающихся частей машины. Таким образом,
мощность, развиваемая вращающимся
ротором, P’2=P2+Pмех
энергетической диаграммы следует, что

P_эм—P’2=P_m2 ‘
(22.1)

Так
как мощность может быть представлена
произведением момента, развиваемого
машиной, на угловую частоту, то (22.1)
можно
придать следующий вид:

MΩ₁—MΩ₂=P_m2=m₂I²₂r₂,
(22.2)

где
М~
электромагнитный
момент, развиваемый машиной; Ω₁,
Ω₂—
угловые
частоты вращения поля статора И ротора;
т₂—число
фаз ротора; I₂—
ток в фазе обмотки вращающегося ротора;
r₂
—
ак­тивное сопротивление фазы обмотки
ротора.

Выражение
(22.2) можно преобразовать к виду ,
MΩ₁—MΩ₂₌
MΩ₁(Ω₁
— Ω₂
)
/
Ω₁₌Pэм*Sоткуда

P_m2=SP_эм
(22.3)

т.
е. потери в меди обмотки ротора определяются
произведением скольжения на электромагнитную
мощность. Из (22.3) получим

P_эм=P_m2/S=m₁I²₂r₂/S
(22. 4)

или
после приведения параметров обмотки
ротора к цепи статора

P_эм=m₁₍I’₂₎²r’₂/S

Максимального
значения КПД двигателя достигает при
нагрузке, близкой к номннальной. Двигатели
малой и средней мощности имеют номинальный
КПД
в
пределах 70…90%, двигатели большей мощности
имеют КПД
примерно
94…96%.

Билет
5.1. Способы
представления син. величин:

1)
изображение в прямоугольных координатах:
с помощью графического изображения в
прямоугольных координатах можно находить
опережающую и отстающую син. величины.

2)
векторное изображение син. ЭДС, напряжений,
токов: рис. 2.11

3)
в виде тригонометрических функций:
пример: u=U_msin(ωt+ψ_u).

4)в
виде комплексных чисел.

З-ны
Кирхгофа в комплексной фазе:
1)Сумма
комплексных токов в узле равно нулю:

2)Сумма
комплексных ЭДС в контуре равна сумме
комплексных падений напряжения в этом
контуре:

.

З-н
Ома в комплексной форме:

и

,
где коэффициент

— комплексное электрическое сопротивление.

2.
Режимом
короткого замыкания трансформатора
на­зывают
такой режим, когда выводы вторичной
обмотки замкнуты проводом с сопротивлением,
равным нулю (Z_н
= 0).
Короткое замыкание трансформатора в
услови­ях эксплуатации создает
аварийный режим, так как вто­ричный
ток, а следовательно, и первичный
увеличива­ются в несколько раз по
сравнению с номинальным. По­этому в
цепях с трансформаторами предусматривают
защиту, которая при коротком замыкании
автоматиче­ски отключает трансформатор.

Опыт
короткого замыкания.
Этот опыт проводят для определения
параметров трансформатора. Собирают
электрическую цепь, соответ­ствующую
схеме (рис. 7.22), в которой вторичная
обмот­ка замкнута накоротко металлической
перемычкой или проводником с сопротивлением,
близким к нулю. К пер­вичной обмотке
подводят такое напряжение, при ко­тором
ток в ней равен но­минальному значению
I_1ном.Измеряют
напряжение U_к,
ток I_1ном
и
активную мощ­ность Р_к
потребляемой энергии.
В режиме короткого замыкания U_к
очень мало, по­этому потери мощности
в магнитопроводе Р_п0
~ U₁²
в
сотни раз меньше, чем при номинальном
напряжении. Таким образом, можно считать,
что Р_п0
= 0, и измеряемая ватт­метром мощность
Р_пк
— это мощность потерь энергии,
затрачиваемой на нагрев обмоток
трансформатора. По­этому можно считать,
что мощность Р_пк
соответствует электрическим потерям
в обмотках трансформатора. Ее называют
электрическими
потерями или
потерями
ко­роткого замыкания.

По
данным измерений определяют следующие
три параметра трансформатора:

1)
напряжение короткого замыкания и_к
=
(U_к/U_1ном)*100%;

2)
мощность потерь короткого замыкания
Р_пк
при I₁=I_1ном;

3)
полное, активное и индуктивное
сопротивления трансформатора: Z_k=U_k/I_1ном;
R_k=P_пк/I²_1ном;
X_k=
.

Зная сопротивления
Z_k,
R_k
и Х_к
трансформатора,
мож­но построить треугольник
напряжений короткого замы­кания
(треугольник
ОАВ
на
рис. 7.21), а также опреде­лить активную
и индуктивную составляющие напряже­ния
короткого замыкания: U_ка=U_кcosφ_к
; U_кр=U_кsinφ_к
.

Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя | Электрические машины

Подробности

Категория: Оборудование

• электродвигатель

Содержание материала

• Электрические машины
• Основные электромагнитные схемы электрических машин
• Устройство многофазных обмоток
• Магнитное поле и МДС многофазных обмоток
• Электродвижущие силы, индуктируемые в обмотке
• Асинхронные машины
• Явления в асинхронной машине при неподвижном роторе
• Явления в асинхронной машине при вращающемся роторе
• Уравнения, схема замещения и векторная диаграмма
• Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
• Механическая характеристика асинхронной машины
• Статическая устойчивость асинхронной машины
• Экспериментальное исследование асинхронных двигателей
• Рабочие характеристики асинхронного двигателя
• Двигатели с улучшенными пусковыми свойствами
• Пуск асинхронных двигателей
• Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей
• Несимметричные режимы работы асинхронных двигателей
• Однофазные асинхронные двигатели
• Генераторный режим асинхронной машины
• Трансформаторный режим асинхронной машины
• Синхронные машины
• Магнитное поле синхронной машины при холостом ходе
• Расчет магнитной цепи синхронной машины при хх
• Магнитное поле синхронной машины при нагрузке
• Приведение МДС обмотки статора к МДС возбуждения
• Уравнения напряжений и векторные диаграммы
• Уравнения векторные диаграммы с учетом насыщения
• Работа на автономную нагрузку
• Параллельная работа синхронных машин
• Включение генератора в сеть
• Регулирование активной мощности синхронной машины
• Регулирование реактивной мощности синхронной машины
• Угловая характеристика синхронной машины
• Статическая устойчивость синхронной машины
• U-образные характеристики
• Синхронные двигатели
• Синхронные компенсаторы
• Несимметричные режимы синхронных генераторов
• Внезапное трехфазное кз синхронного генератора
• Качания и динамическая устойчивость синхронной машины
• Машины постоянного тока
• ЭДС обмотки якоря и электромагнитный момент
• Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке
• Коммутация
• Генераторы постоянного тока
• Характеристики генераторов с самовозбуждением
• Параллельная работа генераторов постоянного тока
• Двигатели постоянного тока
• Характеристики двигателя постоянного тока
• Регулирование частоты вращения

Страница 10 из 51

Энергетическая диаграмма позволяет судить о характере распределения мощности, потребляемой двигателем из сети. Ее можно получить с помощью векторной диаграммы (рис.4.9). При работе асинхронный двигатель потребляет из сети активную мощность
.
Из векторной диаграммы можно получить следующие соотношения:

С учетом этих соотношений выражение для мощности преобразуется к виду
.
Отсюда следует, что мощность расходуется в статоре на покрытие электрических потерь в обмотке статора,

и на покрытие потерь в стали,
.
Остальная мощность поступает через воздушный зазор в ротор. Эта мощность определяет электромагнитный момент двигателя, поэтому ее называют электромагнитной мощностью
.
Из векторной диаграммы можно получить следующее соотношение:
,
поэтому для электромагнитной мощности справедливо второе выражение:
.
Часть электромагнитной мощности, как мы выяснили выше, теряется в виде электрических потерь в обмотке ротора,
,
а остальная часть мощности преобразуется в механическую мощность
.
Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь , магнитных потерь и добавочных потерь . Механические потери включают потери на трение и на вентиляцию. Их расчет выполняется по эмпирическим формулам. Магнитные потери обычно малы и отдельно не определяются , а учитываются в вместе с потерями в стали статора. Добавочные потери вызваны в основном высшими гармониками магнитных полей. Они трудно поддаются расчету. Поэтому добавочные потери оценивают приближенно величиной 0,5% от номинальной мощности двигателя.
Полезная мощность на валу двигателя

.

В соответствии с изложенным энергетическую диаграмму двигателя можно представить в виде, показанном на рис. 4.10. Сумма потерь определяет КПД двигателя
.
КПД двигателей мощностью от 1 кВт до 1000 кВт лежит в пределах .

• Назад
• Вперёд

• Назад

org/BreadcrumbList»>
• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• Оборудование
• Неисправности электрооборудования и способы их устранения

Еще по теме:

• Испытания по определению электрических величин электрических машин
• Основные повреждения электродвигателей
• Двигатели типа ДАБ
• Методы сушки электрических машин
• Автоматизация испытаний электрических машин

PowerFactor-EnergyConservation

Энергосбережение является горячей темой в наши дни, и все «знают», что низкий коэффициент мощности может означать потерю электроэнергии. Много вопросов задают о коэффициенте мощности асинхронных двигателей. Некоторые конкуренты подчеркивают высокий коэффициент мощности своих двигателей. Почему бы и нет?

Асинхронные двигатели являются лишь одним из видов электрооборудования, которое снижает коэффициент мощности установки. При этом учитывается коэффициент мощности всей системы предприятия. Существуют способы корректировки низкого коэффициента мощности системы, поэтому максимальный коэффициент мощности двигателя не является жизненно важным. Коррекция коэффициента мощности системы часто является лучшим способом.

Краткий обзор теории

Истинная мощность , измеряемая в ваттах (Вт), представляет собой мощность, потребляемую электрическим сопротивлением системы, которая выполняет полезную работу.

Реактивная мощность , измеряемая в вольт-амперах, реактивная (ВАР) представляет собой мощность, накапливаемую и отводимую асинхронными двигателями, трансформаторами и соленоидами, потребляющими реактивную мощность.

Полная мощность , измеряемая в вольт-амперах (ВА), представляет собой напряжение в системе переменного тока, умноженное на весь ток, протекающий в ней. Это векторная сумма активной и реактивной мощности.

Коэффициент мощности — это отношение фактической мощности, используемой в системе, к полной мощности, потребляемой от источника. Обычно выражается в процентах: Вт/ВА x 100. Косинус угла между ВА и Вт на этой векторной диаграмме ø является мерой коэффициента мощности. Чем больше ток VAR, тем ниже коэффициент мощности.

Только реальная мощность (Вт) в системе совершает полезную работу. Но утилита должна генерировать и распределять то, что действительно течет: Полная мощность (ВА). Коммунальные службы обычно измеряют только ватты, но коммунальные службы могут измерить общий коэффициент мощности предприятия, и обычно взимают штраф за тариф, если этот коэффициент мощности низкий. На предприятии система распределения электроэнергии также должна быть рассчитана на распределение и коммутацию полной мощности, а не только полезных ватт. Короче говоря, разница между полезной мощностью и полной мощностью, на которую указывает коэффициент мощности, представляет собой мощность, которая не работает, но стоит пользователю денег.

Почему не высокий коэффициент мощности двигателя?

Как показано на диаграмме, если вектор реактивной мощности короткий, коэффициент мощности будет высоким. Таким образом, может показаться, что двигатели с высоким коэффициентом мощности помогут, потому что они будут вносить меньший вклад в общий вектор реактивной мощности системы. Но… Во-первых: нагрузка двигателя может не иметь большого влияния на коэффициент мощности системы. Это верно, когда:

1. Нагрузка двигателя относительно мала по сравнению с резистивной нагрузкой (Вт) на систему предприятия, потребляемой таким оборудованием, как освещение предприятия и резистивное отопление.
2. Большая часть нагрузки асинхронных двигателей представлена ​​большими высокоскоростными двигателями. Их коэффициент мощности изначально высок, и коэффициент мощности меньшего количества небольших двигателей не будет иметь большого значения.
3. На заводе используются синхронные двигатели. Они не увеличивают вектор VAR, показанный на диаграмме, они имеют тенденцию уменьшать его.
4. Двигатели являются лишь частью индуктивной нагрузки, отвечающей за длину вектора реактивной мощности диаграммы. Практически на любом заводе есть силовые трансформаторы, вероятно, сварочные трансформаторы, возможно, электромагнитные механизмы и оборудование для индукционного нагрева. Также существует «паразитная индуктивность» в проводке установки, и теоретически эти системы проводки являются чисто резистивными нагрузками.
5. Высокий коэффициент мощности двигателя приводит к нерациональному использованию, если двигатель слишком велик для рабочей нагрузки или большую часть времени работает при пониженной нагрузке.

В описанных выше ситуациях высокий коэффициент мощности двигателя не будет сильно влиять на общий коэффициент мощности системы. Вероятно, недостаточно, чтобы оправдать стоимость и другие недостатки двигателей, рассчитанных на максимальный коэффициент мощности.

Второй: Вы не получите такую ​​же хорошую конструкцию двигателя, сосредоточившись на высоком коэффициенте мощности. Разработчик двигателя должен учитывать ряд параметров, таких как повышение температуры, характеристики крутящего момента и КПД, а также коэффициент мощности, и он не может оптимизировать их все. Попытка разработать двигатель с высоким коэффициентом мощности и высокой эффективностью обходится дорого, а некоторые конструктивные изменения, улучшающие коэффициент мощности, такие как уменьшенный воздушный зазор, на самом деле оказывают противоположное влияние на эффективность.

Лучший способ

Независимо от того, как двигатели влияют на коэффициент мощности системы, его можно исправить, и это лучший способ. Вектор VAR на приведенной выше диаграмме представляет собой индуктивное реактивное сопротивление. Но есть еще и емкостное реактивное сопротивление, которое создает противоположный вектор VAR. Если на систему воздействуют оба вида реактивного сопротивления, они имеют тенденцию компенсировать друг друга. На приведенной ниже векторной диаграмме системы емкостная реактивная мощность почти так же велика, как индуктивная реактивная мощность, поэтому W более близко к ВА, а Вт/ВА x 100 — коэффициент мощности системы — является высоким.

Как:

Иногда вращающиеся конденсаторы используются для создания емкостного реактивного сопротивления в системе предприятия, но статические конденсаторы более распространены. Может быть, один центральный банк для корректировки всей системы завода или банк на каждом из нескольких центров нагрузки завода. Или индивидуальная установка конденсатора на каждый двигатель. Какой из этих подходов лучше всего подходит для данного предприятия, требует анализа многих переменных, и мы не можем давать общие рекомендации. Сомневающийся покупатель должен обратиться к крупным производителям конденсаторов за подробной информацией и советом специалиста.

Подводя итоги

Теперь вы понимаете, почему мы не используем самый высокий коэффициент мощности, предусмотренный в конструкции двигателя. Эффективность и другие желательные характеристики должны быть заложены в двигатель, потому что нет хорошего способа — внешнего по отношению к двигателю — добиться их эффекта. Но влияние коэффициента мощности двигателя на коэффициент мощности системы предприятия, в какой бы степени оно ни оказывалось, может быть компенсировано внешними средствами, а конденсаторы могут улучшить коэффициент мощности до 95-98%, что является большим улучшением, чем может быть реализовано в двигателе. . Внешняя коррекция имеет большое преимущество, заключающееся в корректировке трансформаторов и другого оборудования в системе предприятия, которое также имеет тенденцию к снижению коэффициента мощности. С помощью конденсаторов системный коэффициент мощности объекта может быть «адаптирован» в соответствии со структурой выставления счетов коммунального предприятия, так что объект платит только за коррекцию коэффициента мощности в той степени, которая действительно сэкономит деньги.

Низковольтные двигатели IEC и руководства по двигателям ABB

Благодаря нашему опыту и широкому ассортименту низковольтных двигателей мы поможем вам повысить надежность, энергоэффективность и производительность ваших процессов.