Загрузка...Розрахунок характеристик трифазного АД з фазним ротором
Міністерство освіти і науки молоді та спорту України
Державний вищий навчальний заклад
Донецький національний технічний університет
Кафедра Електромеханіка і ТОЕ
Розрахункова робота
на тему: «Розрахунок характеристик трифазного АД з фазним ротором»
Виконала: ст. гр. СПУ-12
Хмара А.О.
Перевірив: Апухтін О.С.
Донецьк 2014 р.
Асинхронний двигун з фазним ротором має наступні дані:
ВаріантНомінальніФазний струм холостого ходу ,АКоефіцієнт потужності холостого ходу Потужність , кВтНапруга , кВСтрум статора , А Частота обертання ротора , об/хв601250,51791470260,04
ВаріантМеханічні втрати у двигуні , кВтНапруга на кільцях ротора, , ВСхема зєднання обмотки статораПараметри заступної схеми, Ом600,72500,0890,60,0960,8
По прийнятим даним машини потрібно:
До пункту 1. Схема включення АД з фазним ротором:
рисунок 1.- Схема включення АД з фазним ротором.
До пункту 2. Спрощена заступна схема однієї фази двигуна; призначення схеми і її елементів , визначення значення параметрів.
При спрощенні заступної схеми приймають С=1.
рисунок 2.- Спрощена заступна Г-схема однієї фази двигуна
Для аналізу роботи асинхронного двигуна користуються схемою заміщення. Схема заміщення асинхронного двигуна аналогічна схемі заміщення трансформатора і являє собою електричну схему, в якій вторинний ланцюг (обмотка ротора) з’єднана з первинної ланцюгом(обмоткою статора)
гальванічно замість магнітної зв’язку, що існує в двигуні. Схема заміщення дозволяє визначити струми, втрати потужності і падіння напруги в асинхронній машині. При цьому потрібно враховувати, що в обмотці ротора проходить струм, діюче значення і частота якого залежать від частоти обертання.
R1, X1 — активний опір і індуктивний опір розсіяння фази обмотки ротора.
Опори кола намагнічування схеми заміщення:
— повний
активний
— реактивний
— Наведені значення визначаються так само, як і для трансформатора:
, ,
де k = E1 / E2k = U1ф / E2k — коефіцієнт трансформації двигуна.
Визначимо значення опорів вітки намагнічування і, використовуючи задані параметри холостого ходу.
; (В);
; (А);
Електричні втрати у обмотці статора у режимі холостого ходу:
; (Вт);
Втрати у режимі холостого ходу:
;
Визначимо звідси ;
Активна складова току холостого ходу: ;
Коефіцієнт потужності у режимі холостого ходу: ;
Звідси: ; (А);
; (Вт);
;
(Вт);
(Ом);
(Ом);
(Ом);
(Ом);
(Ом);
Поправковий коефіцієнт:
;
Параметри головної вітки заміщення:
(Ом); (Ом);
(Ом); (Ом);
До пункту 3.
Для визначення усіх величин у номінальному режимі слід за заданою частотою обертання ротора визначити синхронну частоту обертання поля статора і номінальне ковзання . Увесь подальший розрахунок ведемо з використанням Г-подібної заступної схеми, з урахуванням енергетичної діаграми двигуна для режиму навантаження і рівнянь для електромагнітного моменту двигуна.
3.1 Визначення номінального значення фазних напруги і струму статорної обмотки двигуна.
Номінальна фазна напруга: ; (В);
Фазний струм : ; (А);
.2 Для номінального режиму роботи за параметрами заступної схеми: розрахуємо активну потужність, яка підводиться до статора, коефіцієнт потужності, сумісні втрати, ККД.
Номінальне ковзання:
; ;
Де — синхронна частота обертання магнітного поля;
; Приймемо частоту живлення (Гц);
Найближча синхронна частота обертання магнітного поля (об/хв).
Маємо число пар полюсів — два.
— номінальна частота обертання;
Повний опір головної вітки схеми заміщення:
;
Приведений струм ротора:
; (А);
Косинус і синус кута між векторами і :
; ;
; ;
Активна і реактивна складові струму головної вітки:
; (А);
; (А);
Активна і реактивна складові струму холостого ходу:
; (А);
; (А);
Активна і реактивна складові повного струму статора:
; (А);
; (А);
Номінальний фазний струм, що споживається двигуном із мережі:
; (А);
Коефіцієнт потужності двигуна:
; ;
Номінальна активна потужність, що споживається двигуном з мережі:
; (кВт) ;
Втрати потужності в двигуні:
— в обмотці статора:
; (кВт);
-в обмотці ротора:
; (кВт) ;
— додаткові:
; (Вт);
Сумарні втрати потужності в двигуні:
;
(кВт);
Корисна потужність на валу:
; (кВт);
Відхилення розрахункової величини корисної потужності від заданої не повинно перевищувати 5 %.
; (%) ;
Номінальний ККД:
; (%);
3.2 Номінальний і максимальний (критичний) обертальні моменти.
Номінальний електромагнітний обертальний момент двигуна:
;
(Нм)
Номінальний обертальний момент на валу машини:
; (Нм);
момент холостого ходу:
; 905 -812 = 93 (Нм);
Максимальний електромагнітний обертальний момент двигуна:
;
(Нм);
Критичне ковзання:
;
.4.Струми в обмотках статора і ротора, обертальний момент і коефіцієнт потужності при пуску двигуна із замкненим накоротко ротором.
Струм статора при пуску двигуна (S=1) із замкненим накоротко ротором без обліку струму, що намагнічує, у цьому режимі визначається за спрощеною заступною схемою:
;
354,1 (А);
Дійсний струм ротора при пуску двигуна з короткозамкненим ротором:
;
Знайдемо — коефіцієнт трансформації по струму системи статор-ротор. Для машин з фазним ротором: , де — коефіцієнт трансформації по ЕРС системи статор-ротор.
; — ЕРС обмотки статора.
; (В);
статорний реостат ротор двигун
, для машин з фазним ротором коефіцієнт
Обираємо .
; (В);
; ;
; (А);
Коефіцієнт потужності двигуна при пуску з короткозамкненим ротором:
;
0,131
Обертальний момент при пуску двигуна з короткозамкненим ротором:
;
При номінальному навантаженні двигун з короткозамкненим ротором не зможе запуститися.
3.5. Зведений і реальний опори фази пускового реостата, необхідні для одержання при пуску максимального моменту.
Приведений опір фази пускового реостата, необхідний для одержання при пуску максимального значення моменту, визначається з умови , тобто :
;
відкіля:
; (Ом);
Дійсне значення опору фази пускового реостата:
; (Ом);
.6. Струми в обмотках статора і ротора, коефіцієнт потужності при пуску з реостатом, опір якого обрано за пунктом 3.5
Струм статора при пуску двигуна з реостатом :
;
(А);
Дійсний струм ротора при пуску двигуна з реостатом, що забезпечує максимальне значення пускового моменту:
; (А);
Коефіцієнт потужності при реостатному пуску двигуна:
;
(А);
Порівняно з пуском без реостата, збільшення коефіцієнта потужності при пуску з реостатом, виникає тому що пусковий струм знизився, втрати знизилися і відтак коефіцієнт потужності виріс.
3.7. Визначення кратності пускових моментів і струмів двигуна на природній і штучній характеристиках. Висновок про вплив пускового реостата на пускові характеристики АД.
Кратність пускового моменту при пуску двигуна: з короткозамкнутим ротором:
;
Кратність пускового моменту при реостатному пуску двигуна:
;
Відповідні значення кратності пускового струму:
;
;
Порівнявши отримані результати обчислень, можна зробити висновок, що введення опору пускового реостата в коло ротора АД збільшує пусковий момент при зменшенні пускового струму.
До пункту 4. Розрахунок і будування графіку природної механічної характеристики двигуна , і характеристичних точок.
;
(Нм)
; (об/хв);
Таблиця 1
00,020,10,1310,20,40,60,81n,об/хв150014701350130312009006003000,Нм09053926487266129595107851109710982
Рисунок 3.- Природна механічна характеристика двигуна
До пункту 5. Розрахунок і будування графіку штучної механічної характеристики двигуна з пусковим реостатом, який забезпечує найбільший пусковий момент.
Штучну реостатну механічну характеристику АД при включенні у коло ротора опору по п.3.5 розраховують по рівнянню:
;
(Нм);
; (об/хв);
Таблиця 2
00,020,10,1310,20,40,60,81n,об/хв150014701350130312009006003000,Нм0713534606971358198525793142
рисунок 4.-Штучна механічна реостатна характеристика
До пункту 6. Частоти обертання ротора при номінальному навантаженні на природній і штучній механічних характеристиках.
На графіку природної механічної характеристиці, частота обертання ротора при номінальному навантаженні буде складати 1470 об/хв., при моменті на валу 905 Нм. На графіку штучної механічної характеристиці, частота обертання ротора при номінальному навантаженні буде складати 1470 об/хв., при моменті на валу 71 Нм, тобто приблизно у десять разів менший момент на валу. Тому пусковий реостат відключають після того як двигун набрав оберти.
До пункту 7. Розрахунок і будування графіку залежності струму ротора від ковзання , при пуску двигуна без реостата.
;
(А);
Таблиця 3
00,020,10,1310,20,40,60,81,А0189549591635667675678680
рисунок 5.- залежність струму ротора від ковзання, при пуску двигуна без реостата.
До пункту 8. Розрахунок і будування графіку природної механічної характеристики двигуна , користуючись формулою Клосса. На цьому ж рисунку аналогічна залежність отримана по пункту 4.
— формула Клосса.
467(Нм);
; (об/хв);
Таблиця 4
00,020,10,1310,20,40,60,81n,об/хв150014701350130312009006003000,Нм0467233515301402905637487394
Рисунок 6.- графік природної механічної характеристики двигуна за формулою Клосса
До пункту 9. Будування енергетичної діаграми двигуна для номінального навантаження з указівкою значень потужностей і втрат.
− потужність яка підводиться до статора АД з мережі;
(кВт) ;
− магнітні втрати на гістерезис і на вихрові струми у сталі магнітопроводу статора;
(кВт);
− електричні втрати потужності в обмотці статора:
; (кВт);
−електромагнітна потужність, яка передається обертовим магнітним полем ротору через повітряний зазор:
; (кВт);
; (кВт);
− повна механічна потужність ротора:
; (кВт);
−механічні втрати в двигуні на тертя в підшипниках, тертя щіток об кільця, тертя ротора об повітря, включаючи втрати на вентиляцію;
− додаткові втрати, які обумовлені зубцевою поверхнею статора і ротора:
; (кВт);
− корисна потужність на валу машини.
Втрати в сталі статора і механічні втрати приблизно рівні. Тоді:
;
де − сумісні втрати потужності в двигуні,
;
(кВт);
З іншого боку: