Autoservice-mekona.ru

Автомобильный журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема замещения

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема замещения

Главная Асинхронный двигатель и асинхронные машины

контактах на кольцах, которые обычно включаются в потери АРэлг. Оставшаяся часть мощности Рж превращается в механическую мощность

Магнитные потери АРиг в роторе из-за малой частоты перемаг-ничивания практически отсутствуют. За вычетом незначительных потерь на трение ЛРмех (механических) и добавочных потерь АРд механическая мощность двигателя отдается нагрузке и является выходной полезной мощностью

Р2 = Рме.-Ри..-Ру (3.12)

Выразим электромагнитную и механическую мощности через электромагнитный вращающий момент М:

где Qi=2nrti/60 и Q2=2nrt2/60 — угловые скорости магнитного поля и ротора.

Из энергетической диаграммы (рис. 3.3, а) следует, что

Рал2 — Рэи Рн ех >

Рал2= (l — 22)=AlQt (Qi — 22)/2, =MQiS. Из формулы (3.14) имеем

Полученные формулы (3.15) и (3.16) позволяют произвести анализ важнейших свойств асинхронного двигателя, а именно: установить связь между скольжением и коэффициентом полезного действия, а также зависимость электромагнитного момента от параметров машины и режима ее работы.

Электромагиитиый момент асиихронной машины. Формулу (3.15), полученную из энергетической диаграммы, преобразуем к более удобному для анализа виду, подставив в нее значения Qi = =2nfi/p и Д/зл2= г2/2£2вС05г32, где 32 — угол сдвига фаз между ЭДС и током ротора. При этом с учетом (3.10) получим

MipniiWk/V) Фт/2С05Ф2 = СдФ /2С05ф2, (3.17)

где См=рт2т2коб2/У2 — постоянная.

Формула (3.17) справедлива не только для асинхронных машин, но и для электрических машин всех типов. Во всех этих ма-52

шинах электромагнитный момент пропорционален произведению магнитного потока на активную составляющую тока ротора.

Поясним физический смысл этой формулы на примере асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. На рис. 3.4 изображена развертка ротора, где кружками показаны поперечные сечения его проводников.

Вращающийся магнитный поток (кривая 5рез), пересекая проводники обмотки ротора, индуцирует в них переменную синусоидальную ЭДС, мгновенное значение которой е=Врез1и. Следовательно, кривая распределения индукции 5рез вдоль окружности ротора представляет собой в другом масштабе кривую распределения мгновенных значений ЭДС е в проводниках. Направление этих ЭДС, определенное по правилу правой руки, показано крестиками и точками ниже сечений проводников. Мгновенное значение тока в проводниках также изображается синусоидой, сдвинутой относительно кривой ЭДС е на угол 32. Направление тока в них отмечено крестиками и точками внутри поперечного сечения проводников.

Ток ротора, взаимодействуя с магнитным потоком, вызывает появление электромагнитных сил. При этом на

каждый проводник действует усилие f=Bli. Распределение этих усилий по проводникам представлено кривой f. Легко заметить, что к проводникам, лежащим на дуге, соответствующей углу я-r32, приложены силы, увлекающие ротор за вращающимся магнитным потоком, а на дуге, соответствующей углу г32,- тормозящие силы. Поэтому при неизменной величине тока /г величина результирующего усилия Fpe3, а следовательно, и вращающий момент М будут тем меньше, чем больше угол г32. При 1)2=я/2 момент Л1=0, так как на половину проводников действует усилие, направленное в одну сторону, а на другую половину — такое же усилие, направленное в противоположную сторону.

Формула (3.17) позволяет связать величину момента с физическими явлениями, происходящими в двигателе. Ею удобно пользоваться при качественном анализе поведения двигателя в различных режимах. Недостаток формулы (3.17) заключается в том, что входящие в нее величины (Фм, /2COsi32) не связаны непосредственно с напряжением сети и режимом работы машины, а их экспериментальное определение довольно сложно. Поэтому ниже выводится другая формула для электромагнитного момента, позволяющая более просто определять его величину и влияние на него различных параметров машины и эксплуатационных режимов.

Рис. 3.4. Кривые распределения индукции, тока и электромагнитных сил, действующих на проводники асинхронной машины

3.3. Схема замещения асинхронной машины

Определение токов, потерь мощности и падений напряжения в асинхронном двигателе осложняется тем, что в обмотке вращающегося ротора проходит ток, действующее значение и частота которого зависят от частоты вращения. Ток ротора

iE2JZ= EJYr+XI . (3.18)

Поскольку ротор вращается, из (3.9) и (3.10а) следует, что ЭДС Е2а в обмотке ротора и ее частота /г пропорциональны скольжению S. Следовательно, и индуктивное сопротивление обмотки ротора зависит от скольжения:

где — индуктивное сопротивление обмотки заторможенного ротора, L2 -ее индуктивность.

Рис. 3.5. Схемы замещения ротора асинхронной машины Подставляя значения E2s и X2s в (3.18), получим

На рис. 3.5, а показана электрическая схема замещения ротора, соответствующая уравнению (3.20).

Так как в числителе и знаменателе (3.20) есть переменная величина s, преобразуем (3.20) к виду

Уравнению (3.20а) соответствует электрическая схема замещения, изображенная на рис. 3.5, б. Здесь ЭДС Е2 и индуктивное сопротивление Х2 неизменны, а активное сопротивление R2/S меняется в зависимости от скольжения. Основные параметры этой схемы (индуктивное Х2 и активное R2 сопротивления) такие же, как и в схеме замещения для заторможенного ротора.

Следует подчеркнуть, что схемы, представленные на рис. 3.5, а, б, с энергетической точки зрения не эквивалентны. Так, в схеме, приведенной на рис. 3.5, а, электрическая мощность равна электрическим потерям в контуре:

Мощность, потребляемая в схеме, приведенной на рис. 3.5, б,

Pf=m2l2R2ls. Отношение этих мощностей

Однако так как 8=АРзл21Рэы, получим, что Рр = Рз тельно, электрическая мощность, . Рр в схеме, представленной на рис. 3.5, б, равна всей электромагнитной мощности, подводимой от статора к ротору.

По известным величинам АРэл2 и Рам легко определить и механическую мощность ротора:

мех = Рэ — Дэ 2= m2AR2s —m/lR=m2/lR20-s)/s. (3.21)

Полная схема замещения асинхронного двигателя (рис. 3.6, а) отличается от схемы замещения асинхронной машины с заторможенным ротором только наличием чисто активного сопротивления нагрузки, зависящего от скольжения. Следовательно, и в этом случае удается свести теорию асинхронной машины к теории трансформатора.

Рнс. 3.6. Т-образная схема замещения асинхронной машины (а) и ее векторная диаграмма (б)

Схему замещения (рис. 3.6, а) называют Т-образной. Ей соответствуют следующие уравнения.

Уравнение напряжений для контура обмотки статора:

Уравнение напряжений для контура обмотки ротора:

= /2X2 + KRs=/2Z2 + /2R2 (I — 5)/5.

По своей структуре эта система полностью аналогична системе уравнений для трансформатора, ко вторичной обмотке которого

Количественное различие между схемами замещения асинхронного двигателя и трансформатора обусловлено значительно большим током холостого хода асинхронного двигателя. Если в теории трансформатора часто можно пренебречь намагничивающим контуром, то при рассмотрении работы асинхронного двигателя этого сделать нельзя, так как ошибка может получиться значительной.

Для наиболее распространенных в промышленности асинхронных двигателей мощностью 3. 100 кВт параметры схемы замещения в относительных единицах, т. е. в долях базисного сопротивления обмотки статора Zi6= = ihom ihom, имеют следующие значения: Xm*=Xm/Zi6=2,5. 4; . А2. = 0,07 . 0,15; /?i. /?2.= = 0,01 . 0,07; Rm = 0,l . 0,4 (меньшие значения относятся к двигателям меньшей мощности). Векторная диаграмма для Т-образной схемы замещения приведена на рис. 3.6, б.

Из системы уравнений (3.22) . (3.24) можно получить следующие значения токов в обмотках статора и ротора:

Рис. 3.7. Векторная диаграмма асинхронной машины при идеальном холостом ходе

z z2,/(z -i-z,) z,z+2,z; +z z;,

ГДе21 = /?1Ч-Д1; Zra = Rm+>Xm Z2s=R2lS+iX2.

Уравнения (3.25) и (3.26) можно преобразовать, положив (Zm+Zi)/Zm=Ci. При этом получим:

Появившемуся при этом преобразовании комплексному коэффициенту Ci можно дать следующую физическую интерпретацию.

JL.C.X, CjRj Сг СЫ А

Рис. 3.8. Г-образные схемы замещения асинхронной машины

При идеальном холостом ходе /2=0 и /i = /o. Следовательно, t7i=/o(Zi4-Zm); -£i=/oZm, откуда

t/i/(-£ ,) = (Zi + Z )/Z =Ci= 1+ I—;;2 . v2 J

В асинхронных машинах обычно XmRm и RXm.>XiRm, вследствие чего мнимая часть j

Читать еще:  Что делать если троит двигатель на ладе приоре

Таким образом, модуль Ci коэффициента Ci представляет собой отношение напряжения Ui к ЭДС Ей индуцируемой в обмотке статора при идеальном холостом ходе, а аргумент arctg <— угол между векторами Oi и -El (рис. 3.7).

В практических расчетах аргумент у часто определяют по приближенной формуле

sin 2у2fJUr. (3.31)

Рассмотрение теории работы асинхронной машины можно упростить, преобразовав Т-образную схему замещения в Г-образ-

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема замещения

2.3. Асинхронная электрическая машина

Самым распространенным двигателем в промышленности является асинхронный двигатель. На рис.2.10 показаны конструкция и схема включения статорных и роторных обмоток трехфазного асинхронного двигателя.

Рис.2.10. Конструкция (а) и схема включения статорных и роторных обмоток (б) трехфазного асинхронного двигателя

В неподвижном статоре расположены три катушки, создающие круговое вращающееся магнитное поле, а во вращающемся роторе — три катушки, замкнутые накоротко или на внешние сопротивления через контактные кольца и щетки. Если число катушек обмотки статора равно 3, т. е. на каждую фазу одна катушка, то за одну минуту вектор сделает 60 f оборотов вокруг оси статора. При необходимости иметь меньшую скорость применяются многополюсные обмотки. Каждая обмотка имеет одну пару полюсов. Если к каждой фазе подключить катушек, то общее число катушек обмотки статора будет равно . Для характеристики размещения обмотки вдоль рабочего зазора двигателя введено понятие полюсного деления :

D — внутренний диаметр статора.

За один период переменного тока вращающееся магнитное поле поворачивается на двойное полюсное деление 2 : , а полный оборот вокруг оси машины оно делает за периодов. Следовательно:

за время ( ) с — 1 оборот;

за минуту в 60 раз больше, т. е.

[об/мин],

— частота питающей сети.

Вращающийся магнитный поток Ф индуктирует в обмотках статора и ротора ЭДС и .

Так как обмотка ротора закорочена, то в ней возникает ток , который, взаимодействуя с магнитным полем, вызовет появление вращающегося момента . В результате ротор начнет вращаться в сторону вращения магнитного поля. Величина ЭДС и частота ее изменения зависят от скорости пересечения вращающим магнитным полем проводников обмотки ротора, т. е. от разности скоростей вращения магнитного поля и ротора . При равенстве этих скоростей ЭДС , частота , ток и момент будут равны нулю. По этой причине электрические машины, работающие на этом принципе, называют асинхронными.

Относительная разность скоростей вращения поля и ротора

называется скольжением. Нетрудно видеть, что

В заторможенном режиме асинхронная машина работает в режиме трансформатора; ее схема замещения подобна схеме замещения приведенного трансформатора. Ток холостого хода асинхронной машины значительно выше, чем у трансформатора, так как в ней имеется рабочий зазор. Поэтому этот режим работы машины редко применяется.

В рабочем режиме частота равна

Энергетическая диаграмма работы машины имеет вид (рис.2.11):

Рис.2.11.Энергетическая диаграмма работы электрической машины

Мощность, потребляемую из электрической сети можно определить, используя выражение:

В ротор передается электромагнитная мощность (рис.2.11).

Часть этой мощности расходуется на покрытие электрических потерь в обмотке ротора; оставшаяся часть превращается в механическую мощность

Потери в сердечнике ротора из-за малой величины частоты (1 ё 3 Гц) практически отсутствуют. Для электромагнитной мощности можно написать:

— угловая скорость вращения магнитного поля.

— угловая скорость вращения ротора.

Схема замещения цепи ротора при его вращении имеет вид (рис.2.12):

Рис.2.12. Схема замещения цепи ротора

Из рис.2.12 можем записать:

Так как (здесь — индуктивное сопротивление заторможенного ротора), то

Теперь схему замещения ротора можно представить в виде (рис.2.13):

Рис.2.13. Схема замещения роторной цепи машины при вращении ротора без выделения (а) и с выделением (б) сопротивления механической мощности

Сопротивление учитывает выходную механическую мощность асинхронной машины (рис. 2.13б). Полная схема замещения асинхронной машины имеет вид (рис.2.14а):

Рис.2.14 Полная схема замещения асинхронной короткозамкнутой машины (а) и ее упрощенная схема (б)

Без большой погрешности намагничивающую часть схемы можно непосредственно подключить к питающему напряжению (рис.2.14б). Ошибка, вносимая этим допущением, невелика потому, что в последней схеме не учитывается лишь влияние падения напряжения на активном сопротивлении первичной обмотки и индуктивности рассеяния первичной обмотки от намагничивающего тока на величину тока ротора. Эта схема не отражает зависимости намагничивающего тока от нагрузки двигателя, так как определяет неизменное значение этого тока

Определим ток фазы ротора как функцию параметров двигателя:

где — индуктивное сопротивление короткого замыкания.

Величина определяется выражением

Критическое скольжение, соответствующее максимуму момента определяется дифференцированием полученного выражения по и последующим приравниванием к нулю результата:

Подставив полученное выражение в зависимость , получим

С учетом последних двух зависимостей, выражение для M может быть представлено в виде так называемой уточненной формулы Клосса:

Анализ выражения механической характеристики показывает, что при она близка к линейной зависимости , а в области больших скольжений имеет гиперболический характер: . Максимальный момент, развиваемый асинхронной машиной в двигательном режиме меньше, чем соответствующее значение момента для генераторного режима работы . С помощью выражения для эту разницу можно выразить количественно:

— модуль критического скольжения.

По выражению (2.20) на рис. 2.15 построена зависимость момента от скольжения M=F(s).

Рис. 2.15. Зависимость момента асинхронной машины от скольжения

В реальных асинхронных машинах ЭДС и магнитный поток при работе машины в двигательном режиме по мере роста нагрузки и связанного с ним падения напряжения в цепи статора снижаются. Изменение фазы тока статора и падения напряжения на сопротивлении приводят к тому, что ЭДС двигателя и поток в области малых скольжений возрастают и превышают значения, соответствующие идеальному холостому ходу. Поэтому в соответствии с выражением максимум момента в генераторном режиме при больше, чем в двигательном. Двигатель с фазным ротором обеспечивает возможность изменения параметров цепей ротора путем введения добавочных сопротивлений. Механические характеристики двигателя с фазным ротором (2.16а):

Рис. 2.16. Механические характеристики асинхронной машины при различных способах управления изменениями: активного сопротивления в цепи ротора (а), реактивного сопротивления в цепи статора (б), напряжения (в) и частоты (г) питающей цепи

Максимум момента не зависит от величины суммарного сопротивления в цепи фазы ротора, а критическое скольжение увеличивается пропорционально суммарному сопротивлению :

Из характеристик рис. 2.16a видно, что при пуске двигателя выгодно иметь большое сопротивление , т.к. при этом обеспечивается большая величина пускового момента. Увеличение сопротивления в цепи ротора ограничивает также ток в двигателе в режиме противовключения. Плавным изменением сопротивления при торможении противовключением и последующем пуске в противоположном направлении можно обеспечить постоянство тормозного и пускового моментов двигателя в этих режимах.

Модуль жесткости рабочего участка механической характеристики обратно пропорционален величине , поэтому реостатные характеристики двигателя при больших добавочных сопротивлениях имеют невысокую жесткость.

При введении в цепь ротора добавочных индуктивных сопротивлений, уменьшаются величины и . Влияние добавочных сопротивлений, включенных в цепь статора , аналогично влиянию добавочных индуктивностей (рис. 2.16б).

В пределах рабочего участка механической характеристики асинхронной машины, когда ток статора существенно не превышает номинальное значение, ЭДС двигателя E незначительно отличается от напряжения сети:

Из этого выражения следует, что при изменение напряжения приводит к изменению потока машины. Так как в номинальном режиме магнитная цепь машины насыщена, то повышение напряжения питания даже на 20-30% может увеличить ток холостого хода машины до значений, превышающих номинальный ток , и двигатель может нагреться выше нормы даже при отсутствии полезной нагрузки на его валу. Снижение напряжения питания приводит к уменьшению магнитного потока. Форма механических характеристик асинхронной машины при , (рис. 2.16в) говорит о том, что пропорционален квадрату приложенного напряжения, а .

При , изменение частоты питающего напряжения приводит к пропорциональному изменению величины . Так как , то обратно пропорционален частоте . В номинальном режиме машина насыщена при , поэтому допустимо только увеличение частоты , что вызывает соответствующее уменьшение потока . В соответствии с выражением

Читать еще:  Что такое компенсаторы в двигателе форд фокус 2

увеличение приводит к уменьшению критического момента. Критическое скольжение при этом также уменьшается, а скорость холостого хода увеличивается.

При необходимости уменьшения частоты для снижения скорости необходимо дополнительно изменить напряжение питания так, чтобы поток поддерживался примерно постоянным.

Устойчивость работы электродвигателя — способность двигателя восстанавливать установившуюся скорость вращения при небольших кратковременных возмущающих воздействиях (по питающей сети, по моменту нагрузки).

Условие равновесия моментов, приложенных к ротору двигателя:

— электромагнитный момент двигателя;

— статический момент нагрузки (с учетом механических потерь в двигателе);

— динамический момент, зависящий от момента инерции вращающихся масс и ускорения ротора .

В статике , ускорение ротора , т. е. ротор вращается с установившейся скоростью. При вращение ротора ускоряется, а при — замедляется.

Условие имеет место при двух величинах скольжения и , соответственно в точках A и B (рис. 2.17).

Рис. 2.17. К устойчивости работы асинхронного двигателя

При малейшем изменении момента нагрузки и появляющемся в результате этого отклонения скорости вращения от установившегося значения появляется избыточный замедляющий или ускоряющий момент , увеличивающий это отклонение. При случайном увеличении статического момента ротор двигателя замедляется и скольжение возрастает. Так как точка B соответствует ниспадающему участку механической характеристики, то при этом момент двигателя также уменьшается, что приведет к еще большему увеличению модуля разности и увеличению скольжения. Этот процесс будет протекать до полной остановки двигателя. При случайном уменьшении статического момента ротор ускоряется, скольжение уменьшается. Момент двигателя вследствие уменьшения скольжения возрастает, что приводит к увеличению разности , а значит и к дальнейшему снижению скольжения. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока машина не перейдет в режим работы, соответствующий точке A . В этой точке режим работы машины устойчив, так как случайное увеличение и замедление ротора (увеличение скольжения) приведет к возрастанию момента и уменьшению модуля разности . Наоборот, случайное уменьшение статического момента и ускорение ротора (уменьшение скольжения) приведет к уменьшению модуля разности . В результате разность, в обоих случаях, начнет уменьшаться и когда момент станет равным , двигатель снова будет работать с установившейся скоростью. Условие устойчивой работы асинхронного двигателя:

Это условие выполняется для всех практически встречающихся механизмов, если двигатель работает на участке OM механической характеристики. Следовательно, двигатель может работать устойчиво только в диапазоне скольжений ротора . Для расширения диапазона устойчивой работы точку M механической характеристики асинхронной машины надо сдвигать вправо. Это можно осуществить в случае применения двигателя с фазовым ротором включением в цепь ротора дополнительного активного сопротивления .

Приведенное выше условие является необходимым, но недостаточным. Когда двигатель работает при скольжении, меньшем , но близком к нему, случайная перегрузка двигателя может привести к его остановке, если на краткое (или длительное) время . Поэтому максимальный момент иногда называют опрокидывающим моментом. Для того чтобы двигатель работал надежно, его номинальный режим выбирают таким, чтобы

Так как величина момента пропорциональна квадрату питающего напряжения, то даже сравнительно небольшое изменение питающего напряжения может привести к существенному снижению .

Характеристиками асинхронного двигателя называются зависимости скорости вращения (или скольжения ), момента на валу , тока статора , коэффициента полезного действия и коэффициента мощности , от полезной мощности при и . Характеристики определяются либо экспериментальным, либо расчетным (по схеме замещения) путями. Они строятся только для зоны устойчивой работы двигателя, т. е. от скольжения, равного нулю, до скольжения, превышающего номинальное на 10-20%. Перечисленные выше характеристики имеют вид (рис.2.18):

Рис. 2.18. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Скорость вращения ротора в режиме полной нагрузки лишь на 2-8% меньше скорости холостого хода, т.к. при проектировании асинхронной машины с целью уменьшения потерь в обмотке ротора стремятся снизить скольжение двигателя в номинальном режиме его работы до величины 0,02 ё 0,06. Следовательно, скоростная характеристика асинхронного двигателя является довольно «жесткой».

Вращающий момент на валу машины определяется выражением , где — угловая скорость вращения ротора. Так как изменяется незначительно (вследствие жесткости скоростной характеристики), то зависимость момента от мощности имеет практически линейный характер.

Момент несколько меньше электромагнитного момента : , где — момент, обусловленный трением в двигателе.

Зависимость тока статора асинхронного двигателя от полезной мощности имеет примерно такой же характер, как в трансформаторе ток — статора зависит от тока нагрузки. Но величина тока холостого хода двигателя значительно больше, чем у трансформатора (20 ё 40% у асинхронного двигателя и 5-10% у трансформатора).

Зависимость коэффициента полезного действия асинхронного двигателя такая же, как и у трансформатора.

Коэффициент мощности асинхронного двигателя при переходе от режима холостого хода к режиму номинальной нагрузки возрастает от значения ё 0,18 до некоторой максимальной величины, которая для двигателей малой мощности составляет 0,6 ё 0,85, а для двигателей средней и большой мощности 0,85 ё 0,92. При дальнейшем росте нагрузки несколько уменьшается.

Схема замещения трансформатора. Потери мощности асинхронного двигателя

Параметры Т-образной схемы замещения трехфазного трансформатора. Фактические значения сопротивлений вторичной обмотки. Коэффициент мощности в режиме короткого замыкания. Определение потерь мощности трехфазного асинхронного двигателя, схема включения.

  • посмотреть текст работы «Схема замещения трансформатора. Потери мощности асинхронного двигателя»
  • скачать работу «Схема замещения трансформатора. Потери мощности асинхронного двигателя» (контрольная работа)

Подобные документы

Методика определения номинальных параметров трансформатора: номинальных токов, фазных напряжений, коэффициента трансформации. Параметры Г-образной схемы замещения трансформатора. Вычисление основных параметров номинального режима асинхронного двигателя.

контрольная работа, добавлен 06.06.2011

Паспортные данные устройства трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором. Определение рабочих характеристик двигателя: мощность, потребляемая двигателем; мощность генератора; скольжение; КПД и коэффициент мощности двигателя.

лабораторная работа, добавлен 22.11.2010

Электромагнитный, тепловой и вентиляционный расчет шестиполюсного трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором полезной мощности 45 кВт на напряжение сети 380/660 В. Механический расчет вала и подшипников. Элементы конструкции двигателя.

курсовая работа, добавлен 25.09.2012

Определение номинальных токов и фазного напряжения в обмотках трехфазного трансформатора. Построение графиков зависимости КПД и напряжения от коэффициента загрузки. Электромагнитная схема асинхронного двигателя, вычисление его рабочих характеристик.

контрольная работа, добавлен 13.05.2013

Исследование способов регулирования напряжения в электрических цепях переменного и трехфазного тока с последовательным и звездообразным соединением приемников. Испытание однофазного трансформатора и трехфазного асинхронного двигателя с замкнутым ротором.

лабораторная работа, добавлен 27.12.2010

Главные параметры асинхронного двигателя с фазным ротором, технические характеристики. Расчет коэффициента трансформации ЭДС, тока и напряжения. Экспериментальное определение параметров схемы замещения. Опыт короткого замыкания и работы на холостом ходу.

лабораторная работа, добавлен 18.06.2015

Расчеты цепи питания асинхронного двигателя, параметров трансформатора, сопротивлений и токов короткого замыкания. Выбор электрических аппаратов управления защиты, автоматических выключателей низковольтного устройства. Общая схема электроустановки.

курсовая работа, добавлен 06.06.2012

Определение размеров и выбор электромагнитных нагрузок асинхронного двигателя. Выбор пазов и типа обмотки статора. Расчет обмотки и размеры зубцовой зоны статора. Расчет короткозамкнутого ротора и магнитной цепи. Потери мощности в режиме холостого хода.

курсовая работа, добавлен 10.09.2012

Определение мощности потребителей. Составление схемы замещения прямой последовательности. Определение тока однофазного короткого замыкания. Выбор изоляторов, измерительных трансформаторов. Расчет сопротивлений и тока трехфазного короткого замыкания.

курсовая работа, добавлен 09.08.2015

Расчет параметров схемы замещения, сверхпереходного и ударного токов трехфазного короткого замыкания. Расчет токов всех видов коротких замыканий. Построение векторных диаграмм. Расчет предела передаваемой мощности и коэффициента статической устойчивости.

курсовая работа, добавлен 12.04.2016

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »

Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Главная > Курсовая работа >Физика

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Читать еще:  Что делать если в блоке двигателя сломалась шпилька

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине: «Основы электропривода» и «Автоматизированный электропривод»

«Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором»

Выполнил: студент гр.ЭСЭ 24-в

технич. наук Назаренко В.Н.

Тема: РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (АД) С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

1) Закрепить и углубить теоретические знания по определению свойств электродвигателей электроприводов по их механическим характеристикам.

2) Освоить методики расчета механических характеристик электроприводов в двигательном и тормозном режимах.

1) Рассчитать параметры обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М.Клосса.

3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.

4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах.

1) Технические данные двигателей нормального исполнения представлены в табл. и

2) Динамическое торможение асинхронного двигателя производиться по схеме соединения обмоток статора в звезду табл.

3) При расчете механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения принять

4) Момент сопротивления исполнительного механизма

1.1 Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным

Параметры АД являются переменными, изменяющимися в зависимости от скольжения машины, что определяется насыщением зубцового слоя и вытеснением тока ротора. Изменение параметров АД значительно затрудняет расчет их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n=f(M) или s=f(M).[4]

Рис.1.Механическая характеристика АД

В последующих расчетах характеристик АД в различных схемах включения основное внимание уделяется учету влияния изменения R индукт контура намагничивания, т.к. оно определяет точность расчетов. Характер изменения остальных параметров схемы замещения или не учитывается, или учитывается косвенно.

Схема замещения АД представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмотка статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.[4]

Рис.2. Схема замещения АД

В каталогах на двигатели параметры схем замещения не указываются, а приводимые данные относятся к номинальному режиму работы. И хотя каталожных данных в ряде случаев достаточно для расчета механических характеристик, эти расчеты не всегда точны. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать параметры схем замещения АД, а также ряд других параметров по приводимым в каталогах данным: линейному напряжению и линейному току статора, номинальным значениям мощности , частоты вращения , коэффициента мощности , и КПД , числу пар полюсов , кратностям максимального и пускового тока (приложение – таблица )

1.2 Исходные данные

Технические данные односкоростных электродвигателей серии МАП нормального исполнения на 1000 об/мин.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором схема замещения

Приведение параметров обмотки ротора, векторная диаграмма и схемы замещения асинхронного двигателя

Параметры обмотки ротора приводят к обмотке статора, чтобы векторы ЭДС, напряжений и токов обмоток статора и ротора можно было изобразить на одной векторной диаграмме. При этом обмотку ротора с числом фаз m2, с числом витков фазы w2 и обмоточным коэффициентом заменяют обмоткой с m1, w1, коб1, а мощности и фазовые сдвиги векторов ЭДС и токов ротора должны остаться без изменений. Пересчет реальных параметров обмотки ротора на приведенные выполняются по формулам, аналогичным формулам приведения параметров вторичной обмотки трансформатора.

При неподвижном роторе приведенная ЭДС ротора равна , где – коэффициент трансформации напряжения в асинхронной машине при неподвижном роторе.

Приведенный ток ротора , где – коэффициент трансформации тока асинхронной машины.

В отличие от трансформаторов в асинхронных двигателях коэффициенты трансформации напряжения и тока не равны ( ). Объясняется это тем, что число фаз в обмотках статора и короткозамкнутого ротора не одинаково ( ). Лишь в двигателях с фазным ротором, у которых , эти коэффициенты равны.

Приведенные сопротивления фазы обмотки ротора ;

Для короткозамкнутой обмотки ротора имеется специфика определения числа фаз и числа витков фазы . Каждый стержень этой обмотки рассматривают как одну фазу, поэтому число витков фазы ; обмоточный коэффициент такой обмотки , а число фаз равно числу стержней в короткозамкнутой обмотке ротора, т.е. .

Уравнение напряжения обмотки ротора в приведенном виде

Величину можно представить в следующем виде

в результате уравнение напряжения для обмотки ротора в приведенном виде

Отсюда следует вывод, что асинхронный двигатель в электрическом отношении подобен трансформатору, работающему на чисто активную нагрузку.

Для асинхронного двигателя, так же как и для трансформатора, векторная диаграмма строится по уравнениям токов и напряжений обмоток статора и ротора (рис.2.8).

Угол сдвига фаз между ЭДС и током .

Уравнениям напряжений и токов, а также векторной диаграмме соответствуют электрические схемы замещения асинхронного двигателя. На рис. 2.9,а представлена Т-образная схема замещения. Магнитная связь обмоток статора и ротора заменена электрической связью, как и в схеме замещения трансформатора. Активное сопротивление можно рассматривать как внешнее переменное сопротивление, включенное в обмотку неподвижного ротора. Значение этого сопротивления определяется скольжением, т.е. механической нагрузкой на валу двигателя.

Для практического применения более удобна Г-образная схема замещения (рис.2.9,б), у которой намагничивающий контур вынесен на входные клеммы схемы замещения. Чтобы ток холостого хода не изменил своего значения, в этот контур последовательно включают сопротивления фазы обмотки статора и .

Полученная таким образом схема удобна тем, что она состоит из двух параллельно соединенных контуров: намагничивающего — с током и рабочего — с током .

Расчет параметров рабочего контура Г-образной схемы замещения требует уточнения введением в расчетные формулы коэффициента c1, как отношение фазного напряжения сети U1 к ЭДС фазы обмотки статора при идеальном холостом ходе (s=0). Так как в этом режиме ток холостого хода относительно мал, то U1 оказывается не на много больше, чем ЭДС E1, и коэффициент c1 мало отличается от единицы. Для двигателей мощностью 3 кВт и более .

2.9. Энергетические диаграммы активной и реактивной мощностей асинхронной машины

Энергетическая диаграмма активной мощности асинхронного двигателя (рис.2.10) может быть представлена в следующем виде.

Двигатель потребляет из сети активную мощность .

Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки статора , другая часть теряется в виде магнитных потерь в сердечнике статора .

Оставшаяся часть активной мощности представляет собой электромагнитную мощность , передаваемую магнитным полем со статора на ротор

Часть электромагнитной мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки ротора

Остальная часть электромагнитной мощности превращается в механическую мощность, развиваемую на роторе

Часть механической мощности теряется внутри самой машины в виде механических потерь (на вентиляцию, на трение в подшипниках и на щетках машин с фазным ротором, если эти щетки при работе не поднимаются) и добавочных потерь (от высших гармоник МДС обмоток и от зубчатости статора и ротора).

Полезная механическая мощность на валу .

Сумма потерь в двигателе

Необходимо назвать еще следующие важные соотношения: , , из которых следует, что для уменьшения и повышения КПД требуется, чтобы скольжение s двигателя было малым.

Номинальные значения КПД, скольжения и коэффициента мощности современных асинхронных двигателей общего назначения: ; ; .

Энергетическая диаграмма реактивной мощности асинхронного двигателя (рис.2.11) может быть изображена следующим образом.

Двигатель потребляет из сети реактивную мощность для создания магнитных потоков

На создание потоков рассеяния обмоток статора и ротора расходуются реактивные мощности , .

Реактивная мощность, расходуемая на создание результирующего магнитного потока двигателя , — основная часть реактивной мощности двигателя, которая значительно больше, чем в трансформаторах из-за наличия воздушного зазора. Большие величины и существенно влияют на коэффициент мощности двигателя и снижают его величину.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector