АД_методические_указания (Методические указания к выполнению лабы №3), страница 2

Электромагнитная мощность P12 частично расходуется на потери в роторе и за вычетом механических потерь Pмех передается механизму. Основную долю потерь в роторе составляют потери в обмотке ротора Pэ2 . Из-за низкой частотыперемагничивания в обычных режимах работы магнитные потери в магнито-8проводе ротора Pм2 значительно меньше остальных составляющих потерьмощности.Важнейшими энергетическими показателями асинхронных двигателейявляются их КПД  и коэффициент мощности cos .

Чем больше значения и cos , тем экономичнее двигатель, так как он потребляет из сети меньшие активную P1 и полную S1 мощности, а также меньший ток I1 при данной мощности на валу двигателя P2 .В общем виде зависимости  ( P2 ) и cos  ( P2 ) могут быть определеныкак:P2P2;P1 P2  Pм  Pэ  Pмех(9)P2  Pм  Pэ  PмехP1P1.2222S1P1  Q1( P2  Pм  Pэ  Pмех )  Q1(10) ( P2 ) cos  ( P2 ) Здесь Pм  Pм1  Pм2 – суммарные потери мощности в магнитопроводах статора и ротора и механические потери Pмех (мало зависят от нагрузки); Pэ  Pэ1  Pэ2 – потери активной мощности в обмотках статора и ротора,зависящие от нагрузки на валу; Q1 – реактивная мощность (мало зависит отнагрузки).Из выражений (9) и (10) видно, что  ( P2 ) и cos  ( P2 ) представляют собой достаточно сложные зависимости, поскольку при изменении мощности P2весьма существенно изменяются потери Pэ .

Примерный вид зависимостей ( P2 ) и cos  ( P2 ) показан на рис. 2.1.4. Механическая и электромеханическая характеристики, регулирование частоты вращения двигателяПри анализе свойств асинхронных двигателейшироко используютэлектромеханические n(I1) и механические n(M) характеристики. Особое значение для практики имеют механические характеристики. При неизменной час-9тоте вращения электромагнитный момент двигателя M уравновешивается моментом сопротивления M с , создаваемым на валу производственным механизмом, поэтому в этом режиме механические характеристики показывают, как изменяется частота вращения двигателя при изменении нагрузки на валу.Рис.

2. Зависимости КПД  и коэффициента мощности cosот мощности на валу P2Если к обмоткам двигателя подведено номинальное напряжениеU 1  U 1н , изменяющееся с номинальной частотой f1  f1н , то двигатель имеетхарактеристики, называемые естественными характеристиками. На естественных характеристиках находятся точки, соответствующие номинальному режиму работы асинхронного двигателя.

Если же U 1  U 1н или f1  f1н , то характеристики, соответствующие этим условиям, называются искусственными.На этих характеристиках двигатель работает при пуске, торможении, реверсеи регулировании частоты вращения.Естественные механическая и электромеханическая характеристикидвигателя приведены на рис.

3. Как видно, эти зависимости нелинейны. Уравнения, описывающие эти характеристики, получают из анализа схем замещенияасинхронного двигателя.Далее приведены без вывода некоторые промежуточные и конечные соотношения, позволяющие в самом общем виде проследить функциональные связи10между параметрами и переменными, характеризующими работу асинхронногодвигателя.Фазный ток обмотки ротораI2 E2r22x22E2к  sr22  x2 к  s 2,(11)где E2к и E2  E2к  s – ЭДС фазы обмотки ротора при неподвижном ротореn  0, s  1 и при скольжении  s  1 , соответственно; r2 – активное сопротивление фазы обмотки ротора; x 2к и x2  x2к  s – индуктивные сопротивления фазы обмотки ротора при неподвижном роторе n  0, s  1 и скольжении s  1 .Рис.

3. Естественные механическая n(M ) и электромеханическая n(I )характеристики двигателяЭлектромагнитный момент электродвигателяM  с  Ф  I 2  cosψ 2 ,(12)где Ф – магнитный поток одного полюса двигателя; с – постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя.Косинус угла сдвига фаз между ЭДС и током ротораcosψ 2 r2r22x22r2r22  x2 к  s 2(13)11Если ротор двигателя имеет частоту вращения n  n0 s  0 , то, какследует из (11) и (12), I 2  0 и M  0 .При вращении ротора с частотой n  n0 двигатель потребляет из трехфазной сети реактивный ток намагничивания I 0 , который создает вращающееся магнитное поле. Работу двигателя при n  n0 называют режимом идеального холостого хода.

Как следует из (11), при уменьшении значения n (увеличении значения s ) ток ротора I 2 возрастает, что приводит к увеличению тока I1 , потребляемого из сети. В первом приближении при работе двигателяпод нагрузкой реактивная составляющая потребляемого из сети тока не зависит от частоты вращения ротора или скольжения.Токи I 2 и I1 достигают наибольших значений при n  0, s  1 . Эти значения называют пусковыми токами и обозначают обычно I 2п и I1п .Момент при частоте вращения nк (скольжении sк ) достигает наибольшего значения, который в состоянии развить двигатель. Это значение моментаназывают критическим моментом и обозначают M к .

Момент при частотевращения n  0, s  1 называют пусковым и обозначают M п .Для упрощенных расчетов часто полагают r1  0 , что не вносит существенной погрешности для двигателей мощностью более 5 кВт. При этом допущении для механической характеристики получено приближенное выражениеM2M к.s sкsк s(14)Значение M к определяется из заданного в паспортных данных отношения M к / M н   , а sк – из уравнения (14) при подстановке в него s  sн иM  Mнsк  sн    2  1 .(15)1.5. Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей12При работе многих механизмов необходимо регулировать частоту илискорость их вращения.

На основании формул (2), (4), (5) можно записатьn  n0  1  s  60 f11  s .p(16)Из соотношения (16) видно, что в общем случае при заданной нагрузкена валу частоту вращения ротора асинхронного двигателя можно регулировать:1. Изменением частоты f1 источника питания;2. Изменением числа пар полюсов p ;3. Изменением скольжения s (только для двигателей с фазным ротором).В данной лабораторной работе рассматривается, как наиболее перспективный, первый способ регулирования. Для его реализации статорные обмотки асинхронного двигателя подключают к источнику питания через специальное устройство, называемое преобразователем частоты (ПЧ).

В настоящеевремя ПЧ выполняют на силовых полупроводниковых приборах – тиристорахили транзисторах. Эти устройства одновременно с изменением частоты напряжения на фазных обмотках двигателя обеспечивают возможность изменения и его амплитуды. Это необходимо для сохранения на некотором, например, на номинальном, уровне магнитного потока двигателя Ф при f1  f1н .Приближенно, без учета активного сопротивления статорной обмотки ( r1  0 ),можно считать, что магнитный поток Ф определяется приложенным напряжением U 1 , частотой f1 и конструктивными параметрами обмотки w1 и k1ФU1U 1,4,44  w1  k1  f1 f1(17)13где w1 и k1 – число витков и обмоточный коэффициент фазы обмотки статора.При r1  0 критический момент M к также оказывается пропорциональным отношению U 1 / f1 , поэтому выполнив условие U 1 / f1  const при неизменном моменте нагрузки на валу двигателя M с обеспечивается постоянствоперегрузочной способности двигателя λ.

Идеализированному условиюU 1 / f1  const соответствует семейство механических характеристик при час-тотном регулировании, как показано на рис. 4.Рис. 4. Механические характеристики при частотном регулировании2. ЗАДАНИЯ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ2.1. Описание лабораторного стендаПри выполнении работы используется универсальный стенд «Электрические машины», а также персональный компьютер с программой исследования характеристик электрических машин ActiveServo.Электрическая схема подключения обмоток двигателя к источнику питания и измерительным приборам приведена на рис.

5.14Рис. 5. Схема подключения двигателя к измерительному стендуВнимание. Входные клеммы LINE блока управления, рис. 5, могут бытьсоединены:а) с выходными клеммами L1, L2, L3 нерегулируемого трехфазного источника (на рис. 5 соединение показано сплошными линиями);б) с выходными клеммами U, V, W частотного преобразователя (на рис.5 соединение показано пунктирными линиями).Переключение линий питания с варианта соединения «а» на вариант соединения «б» производится только преподавателем.15Перед началом работы убедитесь, что соединение проведено в соответствии с вариантом «а».Вид передней панели стенда с выполненными соединениями показан нарис. 6.Рис. 6. Лицевая панель стенда.Обмотки двигателя 1, рис. 6, соединены с переключателем 2, которымповоротом ручки 3 может быть установлено соединение обмоток треугольником или звездой.

Переключатель соединен с блоком управления 4. Фазное напряжение двигателя измеряется мультиметром 5. В блоке управления такжепроисходит измерение линейного напряжения и тока и эти параметры по шинеданных передаются в персональный компьютер.16Перед началом работы валы двигателя 1 и нагрузочного устройства 6(рис. 6) должны быть соединены резиновой муфтой и накрыты защитнойкрышкой 7.Включите питание блока управления нагрузочным устройством тумблером 8 и питание мультиметра тумблером 9. Кратковременно нажмите и отпустите клавишу 10 (U) мультиметра. Убедитесь, что ручка 3 переключателя находится в нулевом положении. Включите источник питания 11 поворотом переключателя 12, при этом загораются три индикаторных лампы в фазах трехфазной сети.Включите персональный компьютер и откройте программу ActiveServo.Убедитесь, что светодиод 13 на блоке управления, отображает режим PCmode.На рабочем столе компьютера находятся две папки.