Расчет статических механических и электромеханических характеристик асинхронного двигателя
МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное
государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт -
Энергетический
Направление
- Электроэнергетика и электротехника
Кафедра -
ЭПЭО
Индивидуальное
домашнее задание
РАСЧЕТ
СТАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО
ДВИГАТЕЛЯ
По
дисциплине: «Электрический привод»
Выполнил студент группы 5А1Д Стасов
К.Э.
Томск 2015
Исходные данные
Дан асинхронный двигатель типа 5а225s8k
имеющий следующие технические данные:
- номинальная мощность Pном
=
18,5 кВт;
- номинальное скольжение s
ном = 0.03
%;
- КПД в режиме номинальной мощности зн
= 0.885 о.е.;
- коэффициент мощности в режиме номинальной
мощности cosцном =
0,84 о.е.;
- кратность максимального моме3
- ;
- кратность пускового момента ;
- кратность пускового тока ;
- номинальная частота вращения nном
=
970 об/мин;
- номинальное фазное напряжение U1ф
=
220 В;
- номинальное напряжение сети U1л
=
380 В;
- коэффициент загрузки двигателя:
- число пар полюсов: р = 3
Задание
. Определить параметры Т-образной схемы
замещения;
. Рассчитать и построить естественные
механические и электромеханические характеристики. Провести анализ полученных
результатов;
. Рассчитать и построить механические и
электромеханические характеристики электропривода, выполненного по системе
"преобразователь частоты - асинхронный двигатель", обеспечивающего
законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора асинхронного двигателя.
Провести анализ полученных данных.
статор ротор электропривод
асинхронный
1. Определение параметров Т-образной схемы
замещения асинхронного двигателя
Рисунок 1. Т-образная схема замещения
асинхронного двигателя
Найдем ток холостого хода асинхронного
двигателя:
где:
- - номинальный ток статора
двигателя;
- - ток статора двигателя при
частичной загрузке;
- знрж= зном=0.9 - КПД частичной
загрузке;
- - коэффициент мощности при
частичной загрузке;
- К=0.974 - коэффициент, зависящий от мощности
двигателя.
Из формулы Клосса определим соотношение для
расчета критического скольжения. В первом приближении принимаем в=1:
Число фаз m:=3.
Определим коэффициент:
Тогда активное сопротивление ротора, приведенное
к обмотке статора асинхронного двигателя:
Активное сопротивление статора
обмотки рассчитываем по следующему выражению:
Определим параметр г, который позволяет найти
индуктивное сопротивление короткого замыкания :
Найдем значение индуктивного сопротивления
короткого замыкания:
Ом
Найдем индуктивное сопротивление статорной
обмотки, приведенное к статорной:
Найдем индуктивное сопротивление роторной
обмотки, приведенное к статорной:
По найденным значениям ,
и
определим
критическое скольжение:
Для того чтобы найти ЭДС ветви намагничивания E1
найдем sinϕ
Найдем ЭДС ветви намагничивания Е1,
наведенную потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме
Тогда индуктивное сопротивление
намагничивания
Приведенная методика дает
удовлетворительное схождение расчетных характеристик, построенных по паспортным
точкам на рабочем участке механической характеристики.
2. Расчет и построение естественных механических
и электромеханических характеристик асинхронного двигателя
Найдем синхронную угловую скорость:
а) Рассчитаем и построим
естественную электромеханическую характеристику
статор ротор электропривод
асинхронный
где - значение приведенного тока ротора
от скольжения
Рисунок 2. Естественные электромеханические
характеристики.
Зависимость угловой скорости от приведенного
тока ротора.
Рисунок 3. Естественные электромеханические
характеристики.
Зависимость угловой скорости от тока статора.
Вывод: различают естественную и искусственную
электромеханические характеристики АД. Под естественной электромеханической
характеристикой АД понимают зависимость тока ротора функцией от скольжения при
номинальной схеме включения двигателя, номинальных параметров питающей сети и
отсутствие добавочных сопротивлений в цепях двигателя. Все остальные
характеристики называются искусственными. В нашем случае были построены
естественные электромеханические характеристики. Значение номинального тока
статора и тока ротора асинхронного двигателя, определенное по его
электромеханической характеристике, практически совпадают со значениями,
рассчитанными по каталожным данным, что подтверждает правильность методики
определения параметров схемы замещения АД.
б) Рассчитаем и построим естественную
механическую характеристику
Рисунок 4. Естественная механическая
характеристика.
Вывод: как видно из расчетов,
контрольные параметры, найденные в соответствии с каталожными данными
двигателя, совпадают с контрольными точками, такими как: номинальный момент,
максимальный момент, минимальный момент. Поэтому методику определения параметров
схемы замещения по каталожным данным можно считать верной.
3.
Расчет и построение механических и электромеханических характеристик
электропривода, выполненного по системе «преобразователь частоты - АД»,
обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки
статора асинхронного двигателя. (Вариант 1, 3, 5)
Рисунок 5. Функциональная схема скалярного
частотного управления скоростью асинхронного двигателя
Закон регулирования:
Характеристики рассчитываются для
следующих частот обмоток статора ,, .
Коэффициенты IR - компенсации:
Найдем относительные значения частот
питающего напряжения в соответствии с заданием:
Найдем фазное напряжение обмотки
статора асинхронного двигателя в соответствии с заданием:
Найдем относительные значения
угловых скоростей холостого хода, в соответствии с заданием:
Рассчитаем и построим
электромеханические характеристики с IR-компенсацией,
определяющие зависимость приведенного тока ротора от скольжения:
На рисунке 6 представлены
электромеханические характеристики, определяющие зависимость приведенного тока
ротора от скольжения.
Рисунок 6. Электромеханические характеристики,
определяющие зависимость тока ротора от синхронной скорости
Рассчитаем и построим электромеханические
характеристики, определяющие зависимость тока статора от скольжения:
На рисунке 7 представлены электромеханические
характеристики, определяющие зависимость приведенного тока статора от
скольжения.
Вывод: из построенных
электромеханических характеристик видно, что регулирование скорости изменением
частоты напряжения статора с законом регулирования приводит к
значительному уменьшению пусковых токов, что приводит к уменьшению допустимого
диапазона нагрузок для двигательного режима работы электропривода. В данном
случае мощность двигателя довольно большая, следовательно, активное
сопротивление обмотки статора не велико (по сравнению с двигателями меньшей
мощности) и с уменьшением частоты f1 сокращение рабочего диапазона
нагрузок происходит в меньшей степени.
Рисунок 7. Электромеханические характеристики,
определяющие зависимость тока статора от синхронной скорости
Рассчитаем и построим механические
характеристики асинхронного двигателя при переменных значениях величины и
частоты напряжения питания.
На рисунке 8 представлены
механические характеристики, при переменных значениях величины и частоты
напряжения.
Рисунок 8. Механические характеристики
асинхронного двигателя при переменных значениях величины и частоты напряжения
питания.
Вывод: при малых значениях частоты
падение напряжения на сопротивлении статорной обмотки двигателя снижает
величину напряжения, прикладываемого к контуру намагничивания, что приводит к
снижению критического момента. Это хорошо видно на приведенных характеристиках.
Регулирование скорости осуществляется в соответствии с законом .