DIPLOM~2 (Разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологического оборудования минипекарень)

В данном дипломном проекте для испытания асинхронного двигателя применяется автоматизированная установка с использованием ЭВМ, блок-схема которой, показана на чертеже.

На установке автоматизированные испытания электродвигателя проводятся по следующей программе: измерение сопротивления обмоток; снятие характеристики короткого замыкания, механической и рабочей характеристики холостого хода.

Испытуемый двигатель закрепляют на нагрузочной установке, предназначенной для совмещения вала двигателя с осью маховых масс, создающих динамическую нагрузку. Вал двигателя соединяется с валом датчика частоты вращения.

Снятие механических и рабочих характеристик производят в процессе разгона электродвигателя. При этом сопротивление обмоток соответствует установившейся температуре, полученной при испытании на нагревание. Эта температура достигается автоматически в режиме короткого замыкания. Для проведения опыта холостого хода электродвигатель отсоединяют от маховых масс.

Электронно-вычислительная машина в соответствии с записанной программой осуществляет управление испытательным процессом, переводит испытуемый электродвигатель в различные испытательные режимы, коммутирует измерители, принимает информацию от измерителей электрических и неэлектрических величин, осуществляет необходимые вычисления и выдает обработанную информацию на печать. Измеритель электрических величин посылает через соответствующие блоки ЭВМ мгновенные значения измеряемых величин через равные промежутки времени с большой частотой. В ЭВМ эти данные обрабатываются и выдаются на печатающее устройство или графопостроитель. Для построения кривых используются действующие значения измеренных электрических величин.

Процесс автоматизации испытаний проводится в два этапа. Цель первого этапа - повышение точности определения характеристик электродвигателей и сокращение малопроизводительного труда. На этом этапе проводят испытания электродвигателей на нагревание и определяют сопротивления обмоток при постоянном токе и в холодном состоянии, характеристики холостого хода, рабочие, короткого замыкания и механическую, а также вероятность безотказной работы.

На втором этапе операции снятия показаний приборов заменены обработкой информации на мини-ЭВМ.

Программы испытаний

Для асинхронных двигателей ГОСТ 183-74 предписывает программу приемочных испытаний, определяющую:

1. измерения сопротивления изоляции обмоток по отношению к корпусу машины и между обмотками и сопротивлений обмоток при постоянном токе в практически холодном состоянии;

2. определение коэффициента трансформации(для двигателя с фазным ротором);

3. испытания изоляции обмоток на электрическую прочность относительно корпуса машины и между обмотками и на электрическую прочность межвитковой изоляции обмоток статора и фазного ротора;

4. определение тока и потерь холостого хода;

5. определение тока и потерь короткого замыкания;

6. испытания машины при повышенной частоте вращения и на нагревание;

7. определение КПД, коэффициента мощности и скольжения ;

8. испытание на кратковременную перегрузку по току;

9. определение максимального вращающего момента, минимального вращающего момента в процессе пуска, начального пускового вращающего момента и начального пускового тока (для двигателей с короткозамкнутым ротором);

10. измерения вибраций и уровня шума.

Определение коэффициента трансформации, тока и потерь холостого хода и короткого замыкания

1. Определение коэффициента трансформации.

Коэффициент трансформации находят, используя измерения линейных напряжений на зажимах обмоток статора и на кольцах неподвижного ротора с разомкнутой обмоткой. Для низковольтных электродвигателей (с номинальным напряжением до 660 В включительно) к обмотке статора подводят номинальное линейное напряжение. Коэффициент трансформации определяют как отношение фазных напряжений статора U_ф1 и ротора U_ф2:

k_T=U_ф1/U_ф2.

2. Определение потерь холостого хода.

Эти испытания производят в режиме холостого хода при установившемся тепловом состоянии частей электродвигателя. Если невозможно установить установившееся тепловое состояние подшипников непосредственным измерением их температуры, то этого достигают путем вращения электродвигателей без нагрузки при номинальной частоте вращения. После окончания обкатки добиваются постоянства потребляемой мощности.

При опыте холостого хода измеряют линейное напряжение U_0л между всеми фазами, частоту сети, линейный ток I_0л статора в каждой фазе и потребляемую мощность.

Опыт холостого хода начинают с напряжения, равного 130 % от номинального. В процессе опыта обычно производят 9-11 измерений при различных значениях линейного напряжения. Для правильного определения потерь в обмотке статора при опыте холостого хода необходимо непосредственно после опыта измерить сопротивление обмотки статора.

Коэффициент мощности холостого хода вычисляется как :

cosj₀=P₀/( U_0лI_0л ).

Результаты опыта холостого хода обычно изображают графически - путем построения зависимости потерь P₀, фазного тока I₀ и коэффициента мощности cosФ₀ в функции напряжения.

При опыте холостого хода допускается не более чем 2 % отклонение частоты сети от номинальной, но результаты измерений следует пересчитать на номинальную частоту. Для этого измеренные напряжения пересчитывают пропорционально первой степени частоты, потери в стали пропорционально 1,5 частоты и механические потери пропорционально квадрату частоты.

При приемо-сдаточных испытаниях измеряют ток и потери холостого хода лишь при номинальном значении напряжения.

1. Определение тока и потерь короткого замыкания.

При опыте короткого замыкания на статор подается напряжение, ротор затормаживается, а в случае фазного ротора обмотки закорачиваются накоротко на кольцах. Напряжение, подаваемое на статор, должно быть практически симметрично и номинальной частоты.

В процессе опыта одновременно измеряют подводимое напряжение, ток статора (линейный ток I_k короткого замыкания), потребляемую мощность P_k (kBт), начальный пусковой момент (для электродвигателей малой и средней мощности), а непосредственно после опыта определяют сопротивление r_1k обмотки статора между выводами, соответствующее температуре в конце опыта. Начальный пусковой момент M_п=M_к (Нм) измеряют при опыте динамометром или весами на конце рычага (которым заторможен ротор, закрепляемым шпонкой на свободном конце вала двигателя, или весами балансирной машины.

Для электродвигателей его определяют расчетно по измеренным потерям Р_k короткого замыкания (численно равным мощности, потребляемой при опыте):

М_к=0.9*9550Р_км2/n_c,

Р_км2-потери в обмотке ротора при опыте короткого замыкания, кВт; 0,9 - коэффициент, ориентировочно учитывающий действие высших гармоник.

Потери (кВт) в обмотке ротора при опыте короткого замыкания:

P_км2=Р_к-Р_км1-Р_с ,

где Р_км1- потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания , кВт ; Р_с- потери в стали, определяемые из опыта холостого хода, кВт.

Потери в обмотке статора при опыте короткого замыкания:

Р_км1=I_k² r_1k/1000.

Для получения зависимостей (необходимых при приемочных и других полных испытаниях) потребляемой мощности Р_к, тока I_k, коэффициента мощности сosj_к и начального пускового момента М_к от напряжения U_k, приложенного к двигателю в режиме короткого замыкания, проводят 5...7 отсчетов при разных значениях этого напряжения.

В процессе приемо-сдаточных испытаний ток и потери короткого замыкания измеряют при одном значении напряжения короткого замыкания:

U_k=U_H/3,8 ,

где U_H- нормальное напряжение двигателя.

Во время проведения опыта короткого замыкания первый отсчет рекомендуется проводить при следующих значениях напряжения короткого замыкания в зависимости от U_H:

U_H,В ... 127 220 380 440 500 660 3000 6000 10000

U_K,В ... 33 58 100 115 130 173 800 1600 2640

Второй отсчет - при напряжении (1-0,1) U_H. Требуемое напряжение U_k подают начиная с минимального значения. Во избежание чрезмерного нагрева обмоток токами короткого замыкания рекомендуется отсчет по приборам при каждом значении подведенного напряжения производить за время не более 10с, а после отсчета двигатель сразу отключать.

По данным опыта короткого замыкания определяют коэффициент мощности:

cosj_k = P_k/( U_k I_k ).

Коэффициент мощности можно найти и по отношению показаний двух ваттметров (а1/а2), воспользовавшись рис.7.1 Для этого на оси ординат откладывают полученное значение отношений двух ваттметров (а1 и а2 - деления шкалы ваттметров) с учетом знака этого отношения проводят для этого значения горизонтальную прямую до пересечения с линией cosj (или sinj) , сносят точку пересечения на ось абсцисс, по шкале оси абсцисс определяют искомое значение cosj (или sinj).

Для графического изображения результатов опыта короткого замыкания откладывают в функции от напряжения следующие величины: ток короткого замыкания I_к, потери короткого замыкания Р_к, коэффициент мощности cosj_к и вращающий момент при коротком замыкании М_к. Если опыт короткого замыкания проведен при пониженном напряжении, то при определении тока и вращающего момента, соответствующих номинальному напряжению, вводят поправку на насыщение путей потоков рассеяния, строя зависимость тока короткого замыкания от напряжения (рис. 7.2) . Возрастание тока от напряжения принимают идущим по касательной; определяют точку пересечения касательной с осью абсцисс U_к¹. Тогда ток короткого замыкания при номинальном напряжении Iк.н , называемый начальным пусковым током , находят по формуле

I_K.H=(U_H - U_K¹ ) I_K/(U_K - U_K¹)

где I_K,U_K - соответственно наибольшие ток , А, и напряжение ,В, измеренные в процессе опыта; U_H -номинальное напряжение, В.

Вращающий момент при коротком замыкании, соответствующий номинальному напряжению, называемый начальным пусковым вращающим моментом М_КН, определяют

М_КН = (I_КН/I_К)²М_К ,

где М_к- вращающий момент при наибольшем напряжении опыта короткого замыкания, Нм.

Начальный пусковой ток и начальный пусковой момент можно также определить при пуске, а начальный пусковой момент, кроме того, измеряют при снятии статической кривой момента. Величина начального пускового момента зависит от относительного положения зубцов статора и ротора в момент измерения. Поэтому за величину начального пускового момента принимают наименьшее из измеренных его значений.

Определение КПД, коэффициента мощности и скольжения

Определение КПД, коэффициента мощности и скольжения по рабочей характеристике

Рабочая характеристика , то есть зависимость потребляемой мощности ,тока, скольжения, КПД и коэффициента мощности от полезной мощности, снимается при неизменных и номинальных приложенным напряжении и частоте, изменяющейся нагрузке от холостого хода до 110 % номинальной (5-7 значений) , и температуре, близкой к установившейся при номинальной нагрузке. В процессе опыта измеряют линейные напряжения U_н и ток I, потребляемую мощность Р₁ и скольжение s двигателя . По результатам измерений определяют коэффициент мощности.

Для контроля коэффициент мощности находят по отношению показаний двух ваттметров.

Сумма потерь асинхронного двигателя вычисляется как:

Р_S=Р_м1+Р_м2+Р_с+Р_мех+Р_Д,

где Р_м1 ,Р_м2 ,Р_с ,Р_мех ,Р_Д - потери собственно в обмотках статора, ротора и стали; механические и добавочные потери.

Если рабочую характеристику нет возможности снять при номинальном напряжении, тогда ее определяют при напряжении 0.5U_H<=U_r<=1.15U_H. Полученные результаты испытаний в этом случае можно привести к номинальному напряжению по следующим формулам:

s₁=s_r; P₁=P_1r(U_H/U_r)²;

I=I_r(U_H/U_r )+dI₀;

dI₀=I₀sinj₀ - I_0r(U_H/U_r)sinj_0r ,

где s_r ,I_r ,I_0r ,j_0r - величины соответственно скольжения, потребляемой мощности, тока , тока холостого хода и угол между векторами тока и напряжения, измеренные при холостом ходе и напряжении U_r; s₁, P₁, I, I₀, sinj₀ - аналогичные величины при номинальном напряжении.