Розрахунок характеристик трифазного АТ із 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:

По прийнятим даним машини потрібно:

Накреслити схему включення АД з фазним ротором.

Накреслити спрощену заступну схему однієї фази двигуна;

показати на ній напрямок напруг і струмів, пояснити призначення схеми і її елементів, визначити значення параметрів.

Визначити:

Номінальні значення фазних напруги і струму статорної обмотки двигуна.

Для номінального режиму роботи за параметрами заступної схеми: активну потужність, яка підводиться до статора, коефіцієнт потужності, сумісні втрати, ККД.

Номінальний і максимальний (критичний) обертальні моменти.

Струми в обмотках статора і ротора, обертальний момент і коефіцієнт потужності при пуску двигуна із замкненим накоротко ротором.

Зведений і реальний опори фази пускового реостата, необхідні для одержання при пуску максимального момента.

Струми в обмотках статора і ротора, коефіцієнт потужності

при пуску з реостатом, опір якого обрано по п. 3.5.

Визначити кратності пускових моментів і струмів двигуна

на природній і штучній характеристиках. Зробити висновок про вплив пускового реостата на пускові характеристики АД.

Розрахувати і побудувати графік природної механічної характеристики двигуна М_{пр=f(s) і показати на ній характерні точки.}

Розрахувати і побудувати графік штучної механічної характеристики двигуна М_{шт =f(s) з пусковим реостатом, який забезпечує найбільший пусковий момент.}

Показати на графіках механічних характеристик n=f(M) частоти обертання ротора при номінальному навантаженні на природній і штучній механічних характеристиках.

Розрахувати і побудувати графік залежності струму ротора від

ковзання I_{2 =f(s) при пуску двигуна без реостата.}

Розрахувати і побудувати графік природної механічної характеристики М_{пр=f(s), користуючись формулою Клосса. На цьому ж рисунку показати аналогічну залежність, отриману по п. 4.}

Побудувати енергетичну діаграму двигуна для номінального

навантаження з указівкою значень потужностей і втрат.

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 / E_2k = U_1ф / E_2k — 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);

3.2 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:

;

(Ом);

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:

;

3.4.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:

;

(Нм);

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);

3.6. 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

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

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

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

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);

? електричні втрати потужності в обмотці ротора;

; (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: