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)

г де 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%.

Б илет 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 .