В электрическом двигателе при преобразовании одного вида энергии в другой часть энергии теряется в виде теплоты, рассеиваемой в различных частях двигателя. В электрических двигателях имеются потери энергии трех видов: потери в обмотках, потери в стали и механические потери. Кроме того, имеются незначительные добавочные потери.
Потери энергии в асинхронном двигателе рассмотрим при помощи его энергетической диаграммы (рис. 1). На диаграмме Р1 - мощность, подводимая к статору двигателя из сети. Основная часть Рэм этой мощности, за вычетом потерь в статоре, передается электромагнитным путем на ротор через зазор. Рэм называется электромагнитной мощностью.
Рис. 1. Энергетическая диаграмма двигателя
Потери мощности в статоре складываются из потерь мощности в его обмотке Pоб1 = m1 х r1 х I12 и потерь в стали Pс1. Мощность Pс1 является потерями на вихревые токи и на перемагничивание сердечника статора.
Потери в стали имеются и в сердечнике ротора асинхронного двигателя, но они невелики и могут не приниматься во внимание. Это объясняется тем, что скорость вращения магнитного потока относительно статора n0 во много раз больше скорости вращения магнитного потока относительно ротора n0 - n, если скорость вращения ротора асинхронного двигателя n соответствует устойчивой части естественной механической характеристики.
Механическая мощность асинхронного двигателя Рмх, развиваемая на валу ротора, меньше электромагнитной мощности Рэм на значение мощности Pоб2 потерь в обмотке ротора:
Рмх = Рэм - Pоб2
Мощность на валу двигателя:
Р2 = Рмх - pмх,
где pмх - мощность механических потерь, равная сумме потерь на трение в подшипниках, на трение вращающихся частей о воздух (вентиляционные потери) и на трение щеток о кольца (для двигателей с фазным ротором).
Электромагнитная и механическая мощности равны:
Рэм = ω0M, Рмх = ωM,
где ω0 и ω - синхронная скорость и скорость вращения ротора двигателя; М - момент, развиваемый двигателем, т. е. момент, с которым вращающееся магнитное поле действует на ротор.
Из этих выражений следует, что мощность потерь в обмотке ротора:
или Pоб2 = s х Pэм
В случаях, когда известно активное сопротивление г2 фазы обмотки ротора, потери в этой обмотке могут быть найдены также из выражения Pоб2 = m2х r2х I22.
В асинхронных электродвигателях имеются также добавочные потери, обусловленные зубчатостью ротора и статора, вихревыми токами в различных конструктивных узлах двигателя и другими причинами. При полной нагрузке двигателя потери Pд принимаются равными 0,5% его номинальной мощности.
Коэффициент полезного действия (КПД) асинхронного двигателя:
η = P2 / P1 = (P1 - (Pоб - Pс - Pмх - Pд)) / P1,
где Роб =Pоб1 + Роб2 - суммарная мощность потерь в обмотках статора и ротора асинхронного двигателя.
Поскольку общие потери зависят от нагрузки, то и КПД асинхронного двигателя является функцией нагрузки.
На рис. 2, а дана кривая η = f(Р/Рном), где Р/Рном - относительная мощность.
Рис. 2. Рабочие характеристики асинхронного двигателя
Асинхронный электродвигатель конструируется так, чтобы максимум ее коэффициента полезного действия ηmax имел место при нагрузке, несколько меньшей номинальной. КПД двигателя достаточно высок и в широком диапазоне нагрузок (рис. 2, а). Для большинства современных асинхронных двигателей КПД имеет значение 80 - 90%, а для мощных двигателей 90-96%.