Магнитное поле и магнитные цепи Ферромагнитные материалы Получение вращающегося магнитного поля Электродвижущие силы в обмотках статора и ротора Энергетический баланс асинхронного двигателя Элементы физики полупроводников

Энергетический баланс асинхронного двигателя

 Асинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивную мощность. Рассмотрим каждую из них.

 Активная мощность

  (11.26)

 Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки

,  (11.27)

часть – в виде магнитных потерь  в магнитопроводе статора

.  (11.28)

 Оставшаяся часть мощности

  (11.29)

представляет собой электромагнитную мощность, передаваемую с помощью магнитного поля из статора в ротор. На схеме замещения (рис. 11.6 в) этой мощности соответствует мощность, пропорциональная активному сопротивлению . Поэтому

. (11.30)

  Другая часть этой мощности теряется в виде электрических потерь   в активном сопротивлении  обмотки ротора

.  (11.31)

Остальная часть электромагнитной мощности преобразуется в механическую мощность  ротора

  (11.32)

или, с учетом уравнений (11.30) и (11.31)

.  (11.33)

 Полезная механическая мощность  на валу двигателя меньше механической мощности  на величину механических   и добавочных потерь

.  (11.34)

 Из уравнений (11.30)…(11.32) следует, что

,  (11.35)

. (11.36)

  Таким образом, активная мощность  представляет собой среднюю мощность преобразования в двигателе электрической энергии, потребляемой из сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии. Процесс преобразований активной энергии в режиме двигателя изображен на рис. 11.8 а в виде энергетической диаграммы.

 Сумма потерь в двигателе

вычитается из потребляемой мощности и определяет полезную мощность на валу

.

  а) б)

Рис. 11.8

 КПД двигателя

.  (11.37)

 Непременным условием работы асинхронного двигателя является потребление реактивной мощности

.  (11.38)

 Часть этой мощности расходуется на создание магнитных полей рассеяния

.  (11.39)

Оставшаяся мощность

  (11.40)

расходуется на создание основного магнитного потока, а мощность

  (11.41)

расходуется на создание полей рассеяния в роторе.

 Диаграмма реактивных мощностей изображена на рис. 11.8 б.

Основные характеристики ферромагнитных материалов

У ферромагнитных материалов μr не является постоянной величиной (зависит от величины Н и В),поэтому ею характеризовать эти материалы очень трудно. Еще русский ученый А.Г.Столетов показал, что свойства ферромагнитных материалов нужно характеризовать зависимостью между В и Н. Эта зависимость не имеет точного аналитического выражения. Для каждого ферромагнитного материала её определяют опытным путем и приводят в справочниках в виде таблиц или графиков. Различают два основных типа зависимостей В(Н) – кривые намагничивания и гистерезисные петли. Под кривыми намагничивания понимают однозначные зависимости между В и Н.

Из курса физики известно, что ферромагнитным материалам присуще явление гистерезиса. Под ним понимают явление отставания изменения В от изменения Н. Гистерезис выражается в том, что при периодическом изменении Н зависимость В(Н) приобретает петлеобразный характер (рис.2.11). Значения индукции при Н=0 называются остаточной индукцией и обозначаются Вr . Значения напряженности при В=0 называются задерживающей или коэрцитивной силой и обозначаются Нс. Часть петли гистерезиса, лежащая во втором квадранте (от 0; -Нс до Вr; 0) называется кривой размагничивания или «спинкой» гистерезисной петли (используется при расчете постоянных магнитов). Геометрическое место вершин гистерезисных петель при различных значениях Нmax называется основной кривой намагничивания.

Если предварительно размагниченный материал (В=0, Н=0) намагничивать, монотонно увеличивая Н, то полученная в этом случае зависимость В(Н) называется начальной кривой намагничивания. Начальная и основная кривые намагничивания отличаются, но незначительно. ГОСТом нормируется основная кривая намагничивания.

Все ферромагнитные материалы разделяются на две группы: магнитномягкие и магнитнотвердые. Магнитномягкие материалы обладают круто поднимающейся основной кривой намагничивания и малыми площадями гистерезисных петель. Они применяются во всех устройствах, работающих при переменном токе (генераторы, электродвигатели, трансформаторы, катушки индуктивности и т.д.). К этим материалам относятся электротехнические стали и сплавы типа «пермаллой».

Магнитотвердые материалы обладают полого поднимающейся основной кривой намагничивания и большими площадями гистерезисных петель. К ним относятся углеродистые стали, а также специальные сплавы с добавками вольфрама, платины, магния и т.д. Из таких материалов изготавливают постоянные магниты.


Однофазный асинхронный двигатель