Красовский А.Б, Васюков С.А., Мисеюк О.И., Трунин Ю.В. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (2014) (1244969), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Энергетические показатели асинхронных двигателейАсинхронный двигатель потребляет из сети активную и реактивную мощности. Реактивная мощность расходуется на созданиеэлектромагнитного поля, а активная за вычетом потерь преобразуется в механическую мощность и передается приводимому вдвижение механизму.Обмотка статора при подключении к сети потребляет из нееактивную мощность P1 . Часть этой мощности расходуется нанагрев обмотки статора при протекании по ней тока, а другая еечасть Pм1 теряется вследствие магнитных потерь в магнитопроводе статора. Оставшаяся часть P12 , называемая электромагнитной мощностью, передается через воздушный зазор в ротор.

Этамощность частично расходуется на потери в роторе и за вычетоммеханических потерь Pмех передается механизму. Основную долю потерь в роторе составляют электрические потери в обмоткеротора Pэ2 . Из-за низкой частоты перемагничивания в обычныхрежимах работы магнитные потери в магнитопроводе ротора Pм2значительно меньше остальных составляющих потерь мощности.Важнейшими энергетическими показателями АД являются ихКПД  и коэффициент мощности cos .

Чем больше значения 9и cos , тем экономичнее двигатель, так как он потребляет из сетименьшие активную P1 и полную S1 мощности, а также меньшийток I1 при данной мощности на валу двигателя P2 .В общем виде зависимости ( P2 ) и cos ( P2 ) могут бытьопределены следующим образом:( P2 ) cos ( P2 ) P1S1P2P2;P1 P2  Pм  Pэ  PмехP1P12  Q12P2  Pм  Pэ  Pмех( P2  Pм  Pэ  Pмех ) 2  Q12(9).(10)где Pм  Pм1  Pм2 — суммарные потери мощности в магнитопроводах статора и ротора; Pмех — механические потери (малозависят от нагрузки); Pэ  Pэ1  Pэ2 — потери активной мощности в обмотках статора и ротора, зависящие от нагрузки на валу;Q1 — реактивная мощность (мало зависит от нагрузки).Рис.

2. Зависимости КПД  и коэффициента мощности cosот мощности P2 на валуИз выражений (9) и (10) видно, что ( P2 ) и cos ( P2 ) представляют собой достаточно сложные зависимости, поскольку при изме10нении мощности P2 весьма существенно изменяются потери Pэ .Примерный вид зависимостей ( P2 ) и cos( P2 ) показан на рис. 2.1.4. Механическая и электромеханическаяхарактеристики;регулирование частоты вращения двигателяПри анализе свойств АД широко используют электромеханические n(I1) и механические n(M) характеристики.

Особое значение дляпрактики имеют механические характеристики. При неизменной частоте вращения электромагнитный момент двигателя M уравновешивается моментом сопротивления M с , создаваемым на валу производственным механизмом, поэтому в этом режиме механическиехарактеристики показывают, как изменяется частота вращения двигателя при изменении нагрузки на валу.Если к обмоткам двигателя подведено номинальное напряжение U1  U1н , изменяющееся с номинальной частотой f1  f1н , тодвигатель имеет характеристики, называемые естественными характеристиками. На естественных характеристиках находятсяточки, соответствующие номинальному режиму работы АД. Еслиже U1  U1н или f1  f1н , то характеристики, соответствующиеэтим условиям, называются искусственными.

На этих характеристиках двигатель работает при пуске, торможении, реверсе и регулировании частоты вращения.Естественные механическая и электромеханическая характеристики двигателя приведены на рис. 3, из которого видно, что этизависимости нелинейны.

Уравнения, описывающие названные характеристики, получают из анализа схем замещения АД.Далее приведены без вывода некоторые промежуточные и конечные соотношения, позволяющие в самом общем виде проследитьфункциональные связи между параметрами и переменными, характеризующими работу АД.Фазный ток обмотки ротораI2 E2r22  x22E2к sr22   x2 к s 2,(11)11где E2к и E2  E2к s — ЭДС фазы обмотки ротора при неподвижном роторе n  0, s  1и при скольжении s  1соответ-ственно; r2 — активное сопротивление фазы обмотки ротора; x2к иx2  x2к s — индуктивные сопротивления фазы обмотки ротора принеподвижном роторе  n  0, s  1 и скольжении  s  1 .Рис.

3. Естественные механическая n( M ) и электромеханическая n( I )характеристики двигателяЭлектромагнитный момент электродвигателяM  сФI 2 cosψ2 ,(12)где Ф — магнитный поток одного полюса двигателя; с — постоянный коэффициент, зависящий от конструкции двигателя;cos  2 — косинус угла сдвига фаз между ЭДС и током ротора,определяемый по следующей формуле:cosψ 2 r2r22  x22r2r22   x2 к s 2.(13)Если ротор двигателя имеет частоту вращения n  n0  s  0  ,то, как следует из (11) и (12), I 2  0 и M  0 .12При вращении ротора с частотой n  n0 двигатель потребляетиз трехфазной сети реактивный ток намагничивания I 0 , которыйсоздает вращающееся магнитное поле.

Работу двигателя приn  n0 называют режимом идеального холостого хода. Из (11) следует, что при уменьшении значения n (увеличении значения s )ток ротора I 2 возрастает и в результате увеличивается потребляемый из сети ток I1 . При работе двигателя под нагрузкой реактивная составляющая потребляемого из сети тока практически не зависит от частоты вращения ротора или скольжения.Токи I 2 и I1 достигают наибольших значений при n  0и s  1 . Эти значения называют пусковыми токами и обозначают,как отмечалось, I 2п и I1п .При частоте вращения nк (скольжении sк ) момент достигаетнаибольшего значения, который в состоянии развить двигатель.Это значение момента называют критическим моментом и обозначают M к , а момент при частоте вращения n  0 и s  1 — пусковым и обозначают M п .Для упрощенных расчетов часто полагают r1  0 , что не вноситсущественной погрешности для двигателей мощностью более 5 кВт.При этом допущении для механической характеристики полученоприближенное выражениеM2M к.s sкsк s(14)Значение M к определяется из заданного в паспортных данныхотношения M к / M н   , а sк — из уравнения (14) при подстановке в него s  sн и M  M н :sк  sн  2 1 .(15)131.5.

Регулирование частоты вращения асинхронныхдвигателейПри работе многих механизмов необходимо регулировать частоту или скорость их вращения. На основании формул (2), (4) и(5) можно записатьn  n0 (1  s ) 60 f1(1  s ).p(16)Из соотношения (16) видно, что в общем случае при заданнойнагрузке на валу частоту вращения ротора АД можно регулировать изменением: частоты f1 источника питания; числа пар полюсов p ; скольжения s (только для двигателей с фазным ротором).В данной лабораторной работе рассматривается как наиболееперспективный первый способ регулирования, т. е. изменениемчастоты. Для его реализации статорные обмотки АД подключаютк источнику питания через специальное устройство, называемоепреобразователем частоты (ПЧ).

В настоящее время ПЧ изготовляют на силовых полупроводниковых приборах — тиристорахили транзисторах. Эти устройства одновременно с изменениемчастоты напряжения на фазных обмотках двигателя обеспечиваютвозможность изменения и его амплитуды, что необходимо для сохранения на некотором, например номинальном, уровне магнитного потока двигателя Ф при f1  f1н .Приближенно, без учета активного сопротивления статорнойобмотки ( r1  0 ), можно считать, что магнитный поток определяется приложенным напряжением U1 , частотой f1 и конструктивными параметрами обмотки w1 и k1ФU1U 1,4, 44w1k1 f1 f1(17)где w1 и k1 — число витков и обмоточный коэффициент фазы обмотки статора.14При r1  0 критический момент M к также оказывается пропорциональным отношению U1 / f1 , поэтому выполнив условиеU1 / f1  const при неизменном моменте нагрузки M с на валу двигателя обеспечивается постоянство перегрузочной способностидвигателя λ.

Идеализированному условию U1 / f1  const соответствует ряд механических характеристик при частотном регулировании, как показано на рис. 4.Рис. 4. Механические характеристики при частотном регулировании152. Задания и порядок выполнения работы2.1. Описание лабораторного стендаПри выполнении работы используется универсальный стенд«Электрические машины», а также персональный компьютер спрограммой исследования характеристик электрических машинActiveServo.Электрическая схема подключения обмоток двигателя к источнику питания и измерительным приборам приведена на рис. 5.Рис. 5.

Схема подключениядвигателя к измерительномустенду16Внимание! Входные клеммы LINE блока управления (см.рис. 5) могут быть соединены:а) с выходными клеммами L1, L2, L3 нерегулируемоготрехфазного источника (на рис. 5 соединение показаносплошными линиями);б) с выходными клеммами U, V, W ЧП (на рис. 5 соединение показано штриховыми линиями).Переключение линий питания с варианта соединения«а» на вариант соединения «б» производится только преподавателем.Перед началом работы необходимо убедиться, что соединение проведено в соответствии с вариантом «а».Вид передней панели стенда с выполненными соединениямипоказан на рис. 6, где обмотки двигателя 1 соединены с переключателем 2, с помощью которого поворотом ручки 3 может бытьустановлено соединение обмоток треугольником или звездой.Переключатель соединен с блоком управления 4. Фазное напряжение двигателя измеряется мультиметром 5.

В блоке управления также происходит измерение линейного напряжения и тока иэти параметры по шине данных передаются в персональный компьютер.Перед началом работы валы двигателя 1 и нагрузочногоустройства 6 должны быть соединены резиновой муфтой 7 инакрыты защитной крышкой.Включите питание блока управления нагрузочным устройством тумблером 8 и питание мультиметра тумблером 9. Кратковременно нажмите и отпустите клавишу 10 (U) мультиметра. Убедитесь, что ручка переключателя 3 находится в нулевом положении. Включите источник питания 11 поворотом переключателя12. При этом загораются три индикаторных лампы в фазах трехфазной сети.Включите персональный компьютер и откройте программуActiveServo. Убедитесь, что светодиод 13 на блоке управленияотображает режим PC mode.На рабочем столе компьютера размещены две папки: «Асинхронный двигатель» и «Отчет». В папке «Асинхронный двигатель» находятся файлы, необходимые для выполнения пунктов17задания лабораторной работы.

Характеристики

Список файлов книги