Соловьев В.А. - Расчёт характеристик трёхфазного асинхронного двигателя

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаВ.А. СоловьевРасчет характеристиктрехфазного асинхронного двигателяМетодические указанияк выполнению домашнего задания1УДК 621.313ББК 32.261C60Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ruпо адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/72/book1122.htmlФакультет «Фундаментальные науки»Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»Рекомендовано Редакционно-издательским советомМГТУ им.

Н.Э. Баумана в качестве методических указанийС60Соловьев, В. А.Расчет характеристик трехфазного асинхронного двигателя : методические указания к выполнению домашнего задания / В. А. Соловьев. — Москва : Издательство МГТУим. Н. Э. Баумана, 2015. — 36, [8] с. : ил.ISBN 978-5-7038-4171-6Изложены основные теоретические сведения и методики расчета естественных и искусственных механических характеристиктрехфазного асинхронного двигателя, его рабочих характеристик,а также методика анализа и обоснования целесообразности применения энергосберегающего регулятора напряжения питания асинхронного двигателя при продолжительном режиме работы в условиях эксплуатации с малой нагрузкой.

Представлен пример расчета заданных характеристик трехфазного асинхронного двигателяс помощью математической системы Mathcad.Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплины «Электротехника и электроника», «Основы электропривода».УДК 621.313ББК 32.261ISBN 978-5-7038-4171-62© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015© Оформление. ИздательствоМГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015ПредисловиеВ промышленности наиболее распространенными электродвигателями являются трехфазные асинхронные двигатели. Это самыепростые по конструкции, дешевые и надежные электродвигатели.Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую, используемую для приведения в движение рабочихорганов машин и управления их движением.

Поэтому одной изважных характеристик асинхронного двигателя является механическая характеристика. Она позволяет сравнить и согласовать механические свойства двигателя и рабочего механизма. Основныесвойства асинхронного двигателя, работающего под нагрузкой,определяются также рабочими характеристиками, отражающимизависимость изменения его энергетических показателей от нагрузки на валу. Возможности регулирования частоты вращения асинхронного двигателя показывают его искусственные механическиехарактеристики, получаемые при изменении параметров двигателяи параметров источника питания.Электродвигателями потребляется более половины производимой в мире электроэнергии. Из них почти 80 %, в основномасинхронные двигатели, эксплуатируются в составе нерегулируемых электроприводов и загружаются в среднем на 50 %. При такихусловиях работы энергетические показатели электродвигателейзначительно ниже номинальных, что приводит к непроизводительному расходу электроэнергии.

Применение регулируемого электропривода позволяет не только улучшить качественные показатели производственного оборудования, но и повысить эффективность использования потребляемой асинхронными двигателямиэнергии в результате увеличения (т. е. коррекции) их коэффициента мощности.Для реализации возможностей регулирования частоты вращения асинхронных двигателей и экономии потребляемой ими элек3троэнергии необходимо уметь рассчитывать и анализировать основные характеристики и энергетические показатели двигателей.Методика их расчета, рекомендованная ГОСТ Р МЭК 60034-2-1–2009, основывается на использовании параметров эквивалентнойэлектрической схемы замещения асинхронного двигателя и применяется в выполняемом домашнем задании.Методические указания «Расчет характеристик трехфазногоасинхронного двигателя» предназначены для самостоятельной работы студентов при выполнении ими домашнего задания по разделу «Асинхронные машины» дисциплин «Электротехника и электроника», «Основы электропривода» и соответствуют учебнымпрограммам Федерального государственного образовательногостандарта третьего поколения направлений подготовки бакалаврови специалистов всех специальностей факультетов «Энергомашиностроение», «Машиностроительные технологии», «Специальноемашиностроение», «Робототехника и комплексная автоматизация»МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Цель выполнения домашнего задания — ознакомление с методиками расчета по электрической схеме замещения асинхронного двигателя его естественных механической и рабочих характеристик, искусственных механических характеристик при изменениипараметров электродвигателя и источника электропитания, а такжеобоснования технической целесообразности применения энергосберегающего регулятора напряжения питания асинхронного двигателя при его длительной работе в условиях эксплуатации с малой нагрузкой.Домашнее задание ориентировано на использование современных методов расчета и графического оформления заданных характеристик асинхронных двигателей с помощью математической системы Mathcad. Приведен пример выполнения домашнего заданияв этой системе. Для подготовки к защите выполненного домашнего задания предложены контрольные вопросы и задачи.41.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯИ ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯНомер варианта домашнего задания соответствует номеру фамилии студента по списку в групповом журнале.Домашнее задание выполняется индивидуально каждым студентом.Для расчета естественной и искусственных механических характеристик и рабочих характеристик трехфазного асинхронногодвигателя серии 4А необходимо выполнить действия, указанныениже.1. Начертить Г-образную схему замещения асинхронного двигателя.2. Рассчитать и построить естественные механические характеристики асинхронного двигателя M = f (s) и n2 = f (M).3. Рассчитать и построить искусственные механические характеристики асинхронного двигателя n2 = f (M) при изменении:а) напряжения питания U1;б) активного сопротивления обмотки ротора R2 ;в) частоты f1 и напряжения питания U1 по закону U1/f1 = const.4.

Для естественного режима работы рассчитать и построитьрабочие характеристики асинхронного двигателя M, n2, I1, cos ,P1,  = f (P2).5. Для заданного момента нагрузки Mс асинхронного двигателяопределить его основные энергетические показатели I1, cos , P1,P2,  и потребляемый из сети ток I при номинальном и пониженном напряжении питания. Рассчитать пусковые токи асинхронногодвигателя Iп при номинальном и пониженном напряжении питания. Сделать выводы о целесообразности регулирования напряжения питания электродвигателя.5Исходные данные для расчета характеристик асинхронного двигателя приведены в таблице приложения:а) тип и паспортные данные электродвигателя:U1н — номинальное фазное напряжение, В;f1н — номинальная частота сети, Гц;P2н — номинальная мощность, кВт;n2н — номинальная частота вращения, мин–1;н — КПД электродвигателя в номинальном режиме, %;сos φн — коэффициент мощности электродвигателя в номинальном режиме;б) параметры схемы замещения:Rх, Xх — активное и индуктивное сопротивления цепи намагничивания электродвигателя, Ом;R1, X1 — активное и индуктивное сопротивления фазной обмотки статора, Ом;R2 , X 2 — приведенные к обмотке статора активное и индуктивное сопротивления фазной обмотки ротора, Ом;в) коэффициенты, задающие степень изменения параметровисточника электропитания и электродвигателя (задаются преподавателем):kU = U1/U1н — коэффициент относительного изменения напряжения питания электродвигателя;kR2 = R2и /R2 — коэффициент относительного изменения приведенного активного сопротивления фазной обмотки ротора;kf = f1/f1н — коэффициент относительного изменения частотынапряжения питания.Дополнительную информацию об электродвигателе можно получить из его условного обозначения, структура которого поясняется на примере асинхронного двигателя 4А160S4УЗ, где 4А —четвертая серия асинхронных двигателей; 160 — высота оси вращения (вала) от основания станины, мм; S — установочный размерпо длине станины (S — меньший; М — средний; L — большой) идлина сердечника, если вместо S указаны А или В (А — меньшая,В — большая); 4 — число полюсов 2р электродвигателя; У —электродвигатель, предназначенный для эксплуатации в районах сумеренным климатом; З — исполнение электродвигателя для эксплуатации в закрытых помещениях с естественной вентиляциейбез искусственно регулируемых климатических условий.62.

ОФОРМЛЕНИЕ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯДомашнее задание представляет собой расчетно-графическуюработу, его выполняют на листах формата А4 на одной сторонелиста. Титульный лист оформляют в соответствии с общепринятойформой. Исходные данные приводят на первой странице расчета.Расчет сопровождают пояснительными надписями.Все схемы, графики и диаграммы вычерчивают аккуратно, полинейке, в выбранном для каждой физической величины в соответствии с ГОСТ масштабе. Допускается применение для этой цели компьютерной графики.При оформлении домашнего задания приводят все необходимые формулы, а также расчеты с подстановкой числовых данных.При расчете механических и рабочих характеристик электродвигателей полученные результаты могут быть представлены в видетаблиц с подстановкой числовых данных в формулы при вычислении только характерных режимов.Выполненное домашнее задание сдают в установленный срокпреподавателю на проверку.

После проверки и получения подписипреподавателя студент защищает домашнее задание. При его защите студенту задают вопросы, требующие знания методики проведенных расчетов и умения анализировать полученные результаты.73. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯУстройство и схема замещения асинхронного двигателяТрехфазный асинхронный двигатель состоит из двух основныхчастей: неподвижного статора и вращающегося ротора.Статор (рис. 1) представляет собой полый цилиндр 2, помещенный внутри стального или алюминиевого корпуса 3. Цилиндрсобран из кольцеобразных изолированных пластин электротехнической стали. На его внутренней стороне имеются пазы, в которых размещаются симметрично три фазные обмотки 1, состоящие из одной или нескольких катушек медного изолированногопровода.