При роботі асинхронного двигуна частина підведеної до нього потужності втрачається у вигляді втрат. Так як асинхронний двигун являє собою обертовий електромагнітний перетворювач енергії, то в ньому виникають механічні та електричні втрати, звані втратами холостого ходу.
Механічні втрати складаються з втрат на тертя в підшипниках і обертових частинах, а також вентилятора об повітря. Внаслідок того, що при зміні навантаження двигуна ковзання його змінюється незначно, то механічні втрати можна вважати постійними.
Втрати в стали складаються з втрат на гістерезис і втрат на вихрові струми; ці втрати залежать від величини магнітної індукції, частоти перемагнічування, марки стали і товщини листів. Так як магнітна індукція пропорційна підведеної напруги, то втрати в сталі двигуна в робочому режимі можна вважати постійними.
Крім цього ще необхідно враховувати втрати в обмотці статора, так як струм холостого ходу асинхронного двигуна може досягати 60 ... 70% від номінального струму, а також додаткові втрати в сталі.
При розрахунку втрат в сталі статора визначають вагу стали зубців і спинки статора і, знаючи питомі втрати в сталі даної марки при відомій індукції, визначають сумарні втрати в сталі.
Для визначення втрат в міді при холостому ході необхідно визначити струм холостого ходу, вважаючи його приблизно рівним намагничивающей складової струму холостого ходу:
Якщо коефіцієнт опору статора. то в подальшому приймають.
Реактивна складова струму статора при ідеальному холостому ході:
Втрати в обмотці статора при холостому ході
Розрахункова маса стали зубців статора
Розрахункова маса стали спинки статора:
Магнітні втрати в спинці статора
Сумарні втрати в сталі статора при холостому ході, що включають і додаткові втрати в сталі:
Механічні втрати в двигунах зі ступенем захисту IP44 і способом охолодження ICO141 (закрите виконання з зовнішнім обдувом статора):
де kMX = 1 при 2p # 63; 4
Активна складова струму холостого ходу
струм холостого ходу
Коефіцієнт потужності при холостому ході
Робочі характеристики асинхронного двигуна можна отримати шляхом безпосереднього навантаження двигуна або розрахунковим шляхом. На стадії проектування, коли двигун ще не побудований, найбільш прийнятним є другий шлях, коли робочі характеристики будуються за допомогою кругової діаграми.
Для побудови робочих характеристик двигуна необхідно на круговій діаграмі побудувати лінію корисною потужності, лінію електромагнітної потужності та моментів, шкали для визначення; ковзання і т.д.
Розглянемо більш докладно метод побудови кругової діаграми. Як відомо, окружність можна побудувати, якщо відомі дві точки, що лежать на колі, і положення центру кола. Такими точками на колі можуть бути точка холостого ходу () та точка короткого замикання (). Для визначення положення цих точок необхідно визначити розрахунковим шляхом або з досвіду струм холостого ходу і і струм короткого замикання і при повній напрузі.
Так як на стадії проектування самого двигуна ще немає, тому краще отримати точки х.х. і к.з. розрахунковим шляхом. Спочатку необхідно розрахувати параметри схеми заміщення; ; ; ; ;. де с1 - комплексний коефіцієнт, що дорівнює
Для побудови точки ідеального холостого ходу () визначимо суму основних втрат в сталі і втрат в міді при холостому ході:
Діаметр кола струму в Амперах:
Вибираємо масштаб для струму таким чином, щоб діаметр окружності в міліметрах дорівнював мм, тобто мм.
Масштаб для потужності
Після цього приступаємо до побудови кругової діаграми:
а) по осі абсцис відкладемо відрізок
б) з точки відновимо перпендикуляр до осі абсцис, рівний
отримаємо точку ідеального ходу, в якій ковзання;
в) з точки проведемо пряму, паралельну осі абсцис, і на ній радіусом 100 мм з точки. як з центру, зробимо зарубку в точці;
г) на прямій і її продовження відкладемо діаметр мм і опишемо коло цим діаметром;
д) з точки відновлюємо перпендикуляр, на якому відкладаємо відрізки і. рівні
е) через точку і точки і проводимо прямі до перетину з колом в точках і Так як в точках і корисна потужність двигуна. то ця лінія буде представляти лінію корисною потужності. Електромагнітна потужність і крутний момент двигуна дорівнюють нулю в точках і тому лінія буде представляти лінію електромагнітної потужності і моменту;
ж) з середини відрізка відновимо вгору перпендикуляр до перетину з колом в точці. в якій двигун розвиває максимальний крутний момент. без урахування витіснення струму в провідниках обмотки ротора і насичення стали від полів розсіювання;
з) з точки радіусом, рівним 100 мм, проведемо дугу окружності для визначення;
і) на лінії корисної потужності вибираємо довільну точку і проводимо з неї перпендикуляр до лінії (вгору), на якому відкладемо відрізок
де: кВт - номінальна потужність двигуна;
кВт - механічні втрати;
- додаткові втрати при навантаженні, які можна прийняти рівними;
к) через точку проведемо лінію, паралельну. і отримаємо точку. відповідну номінального режиму;
л) будуємо шкалу ковзання. Для цього на колі вибираємо довільну точку Т і з'єднуємо її з точкою і. Потім паралельно лінії проводимо лінію з таким розрахунком, щоб її довжина дорівнювала 100 мм. Розділивши відрізок на 10 частин, отримаємо шкалу ковзань. Тепер з кругової діаграми визначимо струм статора і ток ротора.
Отримані значення практично рівні прийнятим на початку розрахунку.
Для побудови робочих характеристик двигуна, тобто залежностей за допомогою кругової діаграми надходять у такий спосіб.
На круговій діаграмі вибирають 5-6 точок в межах від холостого ходу (точка) до навантаження (точка 5). Поєднуючи отримані точки (1-5) з початком координат отримаємо струми статора. відповідні обраним точкам. Отримані на окружності точки з'єднаємо з точкою і за шкалою ковзання визначимо ковзання для кожної з точок.
Корисну потужність і К.К.Д. в кожній точці краще визначати розрахунковим шляхом. Для цього спочатку визначимо підведену потужність в кожній з точок як твір. Знаючи струми статора і ротора (з кругової діаграми) для кожної з точок визначимо втрати в міді обмоток статора і ротора
Додаткові втрати можна прийняти рівними. Підсумовуючи ці втрати зі знайденими раніше втратами в стали і механічними, що не залежать від навантаження, визначимо загальні втрати. Віднімаючи з знайдемо для кожної з точок.
К.К.Д. знайдемо за формулою
Результати розрахунків краще звести в таблицю, по якій потім побудувати робочі характеристики.