Методические рекомендации по выполнению задания

   

 

Министерство Транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство морского и речного транспорта

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА

Факультета «Судовождения и эксплуатации флота»

      

 

 

Методические указания по выполнению курсовой работы

по предмету “Основы теории электропривода”

«РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ»

 

        

 

ЗАДАНИЕ

 

Построение механической и электромеханической характеристики асинхронного электродвигателя

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Асинхронный электродвигатель (АД), благодаря простой конструкции и низкой стоимости является одной из наиболее распространенных электрических машин в мире.

Между тем, их эффективное применение в составе электропривода требует знания механических и электромеханических характеристик.

Механическая характеристика АД (рис. 1) имеет своеобразную форму, определяемую изменением индуктивного сопротивления в обмотке ротора.

Рис.1. Механические и электромеханические характеристики АД

 

Электромеханическая характеристика АД, в отличие от электромеханической характеристики электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения не повторяет форму механической характеристики.

Основными значимыми точками на механической характеристике АД являются (рис.2.):

· Точка 1 – синхронная скорость , т.е скорость вращения магнитного поля;

· Точка 2 – Пусковой момент Мп, т.е момент развиваемый двигателем сразу после включения, когда его ротор еще не пришел во вращение. По аналогии с двигателем постоянного тока это момент иногда называют моментом короткого замыкания Мкз т.к. режим стоянки под током для любого электродвигателя является режимом короткого замыкания.

· Точка 3 – критический момент Мкд, Мкг соответственно в двигательном и генераторном режимах. Иногда критически момент называют максимальным. При достижении моментом нагрузки значения критического момента Мкд электродвигатель переходит на неустойчивую часть характеристики между точками 2, 3 и останавливается.

· Точка 4 – номинальный момент Мн – момент развиваемый электродвигателем в номинальном режиме.

Анализируя форму механических и электромеханических характеристик на рис.1, 2 можно сделать следующий вывод:

· Асинхронный электродвигатель имеет невысокие значения пускового момента при высоком (до семикратного номинального) значении пускового тока.

· Момент развиваемый асинхронным двигателем ограничен самой формой механической характеристики и не может быть больше Мкд в двигательном режиме и Мкг в генераторном режиме, Причем Мкг> Мкд.

Рис. 2. Характерные точки механической характеристики АД

 

Характерные точки механической характеристики АД приводятся в каталогах на электродвигатели. Например, ниже представлен фрагмент таблицы каталожных данных нескольких электродвигателей серии 4А. Каталожные данные служат для выбора электродвигателя к конкретному механизму и содержат сведения для расчета его номинального, максимального и пускового моментов, а также значения номинального и пусковых токов. Иногда вместо значения номинального скольжения приводят значение номинальной частоты вращения. Эти параметры связаны между собой соотношением:

 

 

 

Для АД с фазным ротором добавляются еще параметры цепи ротора: ток ротора и напряжение ротора. Значение пускового момента обычно не указывается, т.к. пуск АД с фазным ротором производится с включенными в цепь ротора сопротивлениями, которые в процессе пуска ступенями закорачиваются.

 

Как видно из механических характеристик АД с фазным ротором, представленных на рис. 3, при увеличении сопротивления в цепи ротора увеличивается критическое скольжение и снижается жесткость механических характеристик.

Рис. 3 Естественная и искусственные механические характеристики

АД с фазным ротором при включении в цепь ротора добавочных резисторов

 

Расчет механических характеристик АД может производится двумя способами:

1. Упрощенный способ расчета по каталожным данным, представленным в таблицах выше. Упрощенным способом можно построить механическую характеристику для оценки применения АД с тем или иным механизмом.

2. Точный метод расчета по параметрам схемы замещения (рис. 4). Параметры схемы замещения приводятся для некоторых серий электрических машин в специальных справочниках. При расчете по параметрам схемы замещения можно более точно построить как рабочую, так и неустойчивую ветвь механической характеристики, для расчета например изменения скорости при изменении нагрузки, или изменения скорости в процессе пуска

Рис. 4. Г-образная схема замещения

 

 

1. Упрощенный способ. Построение механической характеристики АД по упрощенной формуле Клосса с использованием каталожных данных

 

Для трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором рассчитать и построить естественную механическую характеристику и искусственную механическую характеристику при добавочном сопротивлении в цепи ротора.R2 доб =0,1R2ном

Данные для расчета приведены в таблице 3.

1. Номинальное напряжение 380 В (для всех вариантов).

2. Номинальная мощность Рном, кВт.

3. Синхронная частота вращения, n0 ,об/мин.

4. Номинальное скольжение, sном , %.

5. Отношение максимального момента к номинальному, Мкр /Мном ,

6. Напряжение ротора U2ном , В.

7. Номинальный ток ротора I2ном , А.

 

1 2 3 4 5 6 7
вариант Рном , кВт n0 , об/мин Мк/Мн U2ном , В sн, % I2ном , А
1 11 1500 3 305 5 122
2 14 1500 3,5 300 4 129
3 7,5 1000 3,5 300 5 118
4 10 1000 3,8 310 4,5 120
5 5,5 750 2,5 300 6,5 114
6 7,5 750 3 290 6 116
7 18 1500 4 295 4 138
8 13 1000 4 325 4,5 125
9 55 500 1,8 165 5 35
10 45 600 1,8 162 5 78
11 11 750 3,2 315 5 122,5
12 22 1500 4 340 2,5 145
13 30 1500 4 350 2,5 155

 

 

Методические рекомендации по выполнению задания

Расчет производится по упрощенной формуле Клосса. Необходимо рассчитать 6-8 точек. Результаты расчета должны быть сведены в таблицу. Для решения задачи необходимо воспользоваться следующими формулами:

 

 

где n0 синхронная частота вращения об/мин, - синхронная скорость 1/с.

 

 

где – номинальная скорость, – номинальное скольжение.

 

где Рн  - номинальная мощность двигателя, Мном – номинальный момент

 

где sкр – критическое скольжение.

 

формула Клосса для построения механической характеристики двигателя.

Где

номинальное сопротивление роторной цепи.

sиск  – искусственное скольжение, где R2∑ = R2вт +R2доб – суммарное сопротивление роторной цепи.

Вначале строится естественная характеристика при отсутствии добавочного сопротивления в цепи ротора. После вычисления значений критического скольжения, в формулу Клосса подставляют 6 – 8 значений скольжения от 1 до 0,01. Получают 6-8 значений момента. По оси X откладывают значения момента, по оси Y значения скольжений (там, где должен быть «0» скольжение равно «1»). Кроме того, еще одна точка должна быть с координатами Мк и sк, и одна соответствовать s=0 и М=0 Получаем естественную характеристику АД с фазным ротором при закороченном роторе.

Затем строим механическую характеристику АД с включенным в цепь ротора добавочным сопротивлением. Для вычисления добавочного сопротивления R2доб умножаем значение номинального сопротивления ротора R2ном на 0,1. При включении в цепь ротора добавочного сопротивления увеличивается как номинальное, так и критическое скольжение. Критический момент остается неизменным. Жесткость механической характеристики уменьшится.

Новое значение номинального скольжения будет

Находим новое значение критического скольжения

После чего по формуле Клосса стоим механическую характеристику АД при включении в цепь ротора добавочного сопротивления. Обе характеристики построить в одних осях. Указать значение номинального момента.

 

2. Точный способ. Построение механической характеристики АД по формуле Клосса с использованием параметров схемы замещения

 

 

Используя данные таблицы, постройте электромеханическую I2 =f(s) и механическую М=f(s) характеристику асинхронного двигателя включая участки режимов рекуперации (s<0) и противовключения (s>1) при номинальном значении напряжения U, и напряжении U/ .

 

№ в-та U, В r1, Ом x1, Ом x’2, Ом r’2, Ом Рп
1 220 0,3 0,4 0,3 0,4 1
2 220 0,35 0,45 0,2 0,3 1
3 220 0,4 0,5 0,1 0,2 1
4 220 0,45 0,55 0,1 0,15 1
5 220 0,5 0,6 0,05 0,1 1
6 220 1,0 0,5 2 2 2
7 220 1,5 1,0 1,5 1,5 2
8 220 2,0 1,5 1,0 1,0 2
9 220 2,5 2,0 0,5 0,5 2
10 220 3,0 2,5 0,6 0,4 2
11 380 0,5 0,5 0,4 0,5 3
12 380 0,7 0,7 0,3 0,45 3
13 380 1,0 1,0 0,2 0,4 3
14 380 1,2 1,2 0,2 0,3 3
15 380 1,5 1,5 0,1 0,2 3

 

Зависимость приведенного к цепи статора тока ротора от скольжения можно рассчитать

 

 

Где

График электромеханической характеристики удобней строить не в функции скольжения, а в функции угловой скорости

 

Механическую характеристику АД строят следующим образом:

1. Рассчитываются значения критического скольжения и критического момента:

 

 

Где знак «+» соответствует двигательному режиму, а знак «-» – генераторному. Критическое скольжение в двигательном sкд и генераторном sкг режимах имеет одно значение, но разный знак.

 

2. Рассчитывают точки механической характеристики в диапазоне скольжений sкг <s<1,2

 

Механическую характеристику рассчитывают по формуле:

 

 

Отчет должен содержать:

· Данные электрических машин.

· Обозначение электрической машины на принципиальной схеме.

· Механическую характеристику (рис.2).

· Схему замещения (рис.4) для точного способа расчета.

· Таблицы всех вычисленных значений.

· Графики:

1. Механические характеристики АД с фазным ротором при двух значениях сопротивления в цепи ротора, рассчитанные по каталожным данным;

2. Механические характеристики АД, рассчитанные по параметрам схемы замещения, для двух значений напряжения питающей сети.

3. Электромеханические характеристики АД, рассчитанные по параметрам схемы замещения, для двух значений напряжения питающей сети.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 200;