Электрические машины. 5


         

КР.Элм.106452

Лист

           

Изм.

Лист

№ докум

Подпись

Дата


 


Введение

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности благодаря  простоте их конструкции, надежности в  эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости.

Наиболее простыми в отношении  устройства и управления, надежными  в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при  определенной мощности, являются асинхронные  двигатели с короткозамкнутым ротором. Их масса на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного  тока. Чаще всего асинхронные двигатели  применяются при невысокой частоте  включений, когда не регулируют частоту  вращения или возможно ступенчатое  её регулирование.

В установках, где требуется  регулирование частоты вращения в относительно небольших пределах, необходимы плавный пуск, хорошие  тормозные качества, ограничение  токов в переходных процессах  и т.д., находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей является возможность  уменьшения с помощью реостатов  их пусковых токов при одновременном  увеличении пускового момента.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости  его полного использования в  процессе работы. В случае завышения  номинальной мощности двигателя  снижаются технико-экономические  показатели электропривода, т.е. КПД  и коэффициент мощности. Если же нагрузка на валу двигателя превышает  номинальную, то это приводит к росту токов в его обмотках, а значит и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений.

Для обоснованного выбора асинхронного двигателя необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени, что в свою очередь позволяет судить о характере  изменения потерь мощности. С целью  определения нагрузки двигателя  большинства производственных механизмов, строятся так называемые рабочие характеристики.

В данном курсовом проекте  будут рассчитаны параметры асинхронного двигателе А2-72-4 несколькими способами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные асинхронного двигателя А2-72-4

 

Тип эв-ля

, A

,Ом

Опыт ХХ

Опыт КЗ

, кВт

, кВт

 

,A

  

,В

А2-72-4

57.58

0.1204

1.5

11.5

2.7

44

0.6

0.15


 

Дополнительные параметры:

Число зубцов – Z=12.

Число катушечных групп на фазу – 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Данные для построения развернутой и радиальной схем обмоток статора

Число зубцов, приходящихся на одну фазу:

 

По условию фазная обмотка  состоит из 2-ух катушечных групп, следовательно, число пазов на одну катушечную группу паза. Одна секция занимает 2 паза, следовательно, катушечная группа должна состоять из 2-ух последовательно соединенных и уложенных в соседних пазах секций.

Так как две катушечные группы могут быть расположены под  различными полюсами, то при расчете  расстояния между активными сторонами  секций, равные полюсному делению  , необходимо считать, что

Тогда зубцов.

Для того, чтобы из двух катушечных групп создать одну пару полюсов, необходимо две секции соединить последовательно и встречно.

 

 

 

 

 

 

2. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя

В произвольном направлении (вертикально) отложим вектор номинального фазного напряжения обмотки статора  в произвольном масштабе и через начало вектора проведем линию OE перпендикулярно вектору напряжения.

Строим вектор тока холостого  хода  (вектор OH) в выбранном масштабе = 1 A/мм под углом в сторону отставания от вектора напряжения.

 

Строим вектор тока короткого  замыкания  (вектор OK) под углом .

Соединив точки H и K через середину отрезка HK(точка C) проводим перпендикуляр к линии HK до пересечения с горизонтальной линией HD, проведенной перпендикулярно вектору .

Точка будет являться центром окружности токов, проведенной через точку H радиусом . Все векторы, проведённые от точки O к любой точке, находящейся на этой окружности, будут соответствовать фазным токам статора. Проведем в масштабе тока вектор ON, равный заданному фазному току статора так, чтобы конец этого вектора (точка N) лежал на окружности токов .

Соединив точку H с точкой N получим вектор HN, численно равный заданному приведенному значению тока ротора в номинальном режиме.

Опустив перпендикуляр из точки N на ось OE получим прямоугольный треугольник ONR, из которого определяется активная и реактивная составляющая номинального тока статора.

 

 

Определим с помощью круговой диаграммы токов следующие параметры: подведённую электрическую мощность Р1, полезную механическую мощность Р2, электромагнитный момент, коэффициент мощности , скольжение S и КПД η асинхронного двигателя для пяти значений тока, соответствующих 0,25; 0,5; 0,75; 1 и 1,25 . Для этого отрезок NA делим на 4 равные части: АА1= А1 А2= А2 А3= А3N=1/4AN и добавляем отрезок NA4=1/4AN. Через точки А1,  А2,  А3 и А4 проводим линии, параллельные АК, до пересечения с окружностью токов. Получим точки В1, В2, В3, N и В4 , которые определяют векторы ОВ1 (I1), ОВ2 (I2), ОВ3 (I3), ОN (Iн) и ОВ4 (I4), соответствующие 0,25; 0,5; 0,75; 1 и 1,25 .

Подведённая мощность P1=3UфIф .

Так как Uф=const, то P1Iф , т. е. подведённая электрическая мощность пропорциональна активным составляющим фазных токов. В таблице 1 для различных токов нагрузки показаны отрезки, пропорциональные мощности P1. Эти отрезки измерены в «мм» и пересчитаны в «кВ», в соответствии с масштабом мощности

Кр= 3UфmI=3220mI=660mI [Вт] или Кр= 0,661 [кВт] = 0.66 .

На фрагменте круговой диаграммы ток увеличен в 3 раза, т.е. масштаб тока уменьшен в 3 раза и равнялся

Таблица 1.

 

I1

I2

I3

Iн

I4

мм

А

мм

А

мм

А

мм

А

мм

А

19.4

19.4

30.8

30.8

43.6

43.6

57.58

57.58

72.7

72.7

 

P1

отрезок

В1в1

В2в2

В3в3

Nв

В4в4

[мм]

15,4

27,7

40,4

53,7

67,7

[кВ]

9

16,6

24,24

32

40,6

 

P2

отрезок

В1а1

В2а2

В3а3

NA

В4а4

[мм]

13

24,6

36,2

47,9

59,5

[кВ]

7,8

14,7

25,3

28,7

35,7

 

M

отрезок

B1m1

B2m2

B3m3

Nm

B4m4

[мм]

12,3

25

37

49,9

63

[Нм]

46

96

140

190

240

 

Отношение отрезков

В1в1/ OВ1

В2в2/ OВ2

В3в3/ OВ3

Nв / ON

В4в4/ OВ4

Отношение чисел

15,4/19,4

27,7/30,8

40,4/43

53,7/57,5

67,7/72,7

величина

0,79

0,89

0,93

0,934

0,931

 

0,84

0,88

0,896

0,89

0,87

S%

По шкале скольжений

1

1,8

2,9

3,9

5,15

 

1485

1473

1456

1441

1422


 

Полезная мощность для различных токов определяется по вертикали, проведённой от концов векторов токов до линии полезной мощности, соединяющей точки H и K. В таблицу 1 внесены числовые значения полезной мощности в мм и кВт.

Электромагнитный момент M можно определить, построив линию электромагнитной мощности, которая одновременно является линией электромагнитного момента.

Для построения этой линии  на горизонтальной линии HD отложим в произвольном масштабе , пропорциональный реактивному сопротивлению короткого замыкания, а вертикально – в том же масштабе отрезок , пропорциональный активному сопротивлению фазы обмоток статора. Линия HQ, проходящая через точку является линией электромагнитной мощности (момента).

где . Угол был определён ранее при построении тока короткого замыкания.

Электромагнитный момент для различных токов нагрузки определяется по вертикали, проведённой  от концов векторов токов до линии электромагнитного момента.

В таблицу 1 внесены отрезки, пропорциональные электромагнитному моменту, длина этих отрезков (мм) и электромагнитный момент (Hм).

 

Следовательно, масштаб момента  mM= mр=.

[]= – частота вращения поля где а – число пар полюсов.

Коэффициент мощности определяется отношением активной составляющей тока к величине этого тока. В таблице определены отрезки для вычисления коэффициента мощности, их числовые значения в масштабе тока и величина коэффициента мощности.

Для определения скольжения на круговой диаграмме строим шкалу скольжений. Для этого откладываем вертикально отрезок HR произвольной длины, например, 150 мм и через точку R проводим линию RS параллельно линии электромагнитного момента до пересечения с линией полезной мощности. Получим треугольник HRS с известной стороной HR= 150 мм и прилежащими углами и , величины которых измерим транспортиром. Угол при вершине S: . По теореме синусов определяем сторону RS=RH

Отрезок RS делим на 100 равных частей и получаем шкалу скольжений в процентах.

Чтобы определить скольжение при какой-либо нагрузке, через точку H и конец соответствующего вектора тока проводим линию до пересечения со шкалой скольжения. Величину скольжения вносим в таблицу.

На круговой диаграмме можно  показать ток , соответствующий максимальному моменту . Для этого из точки опустим перпендикуляр на линию электромагнитного момента и продолжить его до пересечения с окружностью токов (точка Т). Вертикальный отрезок в масштабе момента определит максимальный (критический момент), а вертикаль – пусковой момент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Аналитический расчет по схеме замещения

 

Определение параметров схемы замещения 

  1. Полное сопротивление намагничивающей ветви

 

  1. Коэффициент мощности в режиме холостого хода,

 

  1. Активное сопротивление намагничивающей ветви

 

  1. Реактивное сопротивление намагничивающей ветви 

 

  1. Полное сопротивление в опыте Короткого замыкания 

 

  1. Коэффициент мощности в опыте короткого замыкания

; 

  1. Активное сопротивление короткого замыкания

 

  1. Приведённое значение активного сопротивления ротора

 

  1. Реактивное сопротивление короткого замыкания 

 

 

 

 

Расчетная схема замещения

В расчетной схеме замещения  реальная токовая нагрузка асинхронного двигателя представлена величиной  активного сопротивления . Выполним расчет для различных скольжений Приведём пример расчета для , а расчет для остальных значений скольжения сведем в таблицу.

  1. Активная составляющая тока холостого хода

 

  1. Реактивная составляющая тока холостого хода

 

При S=0,03

  1. Сопротивление, потери мощности в котором равны механической мощности, развиваемой двигателем

 

  1. Общее активное сопротивление рабочего контура 

 

  1. Полное сопротивление рабочего контура

 

  1. Коэффициент мощности рабочей цепи

;

  1. Фазный ток рабочей цепи

 

  1. Активная и реактивная составляющая тока

;  

  1. Активная и реактивная составляющая фазного тока двигателя

 

  1. Общий фазный ток, потребляемый двигателем

 

Построим энергетическую диаграмму  асинхронного двигателя.

  1. Потребляемая мощность

 

  1. Коэффициент мощности

 

  1. Частота вращения ротора

 

  1. Мощность потерь в обмотке статора

 

  1. Магнитные потери

 

  1. Электромагнитная мощность

 

  1. Мощность потерь в обмотке ротора

 

  1. Мощность на валу двигателя

 

  1. Момент на валу двигателя 

 

  1. КПД двигателя

 

 

 

 

Скольжение S%

1

2

3

4

5

, Ом

15.106

7.533

5,935

3.776

3.021

, Ом

15.226

7.673

5,156

3.897

3.142

, Ом

15.243

7.706

5,205

3,962

3.222

 

0.999

0.996

0,991

0.984

0.975

 

14.417

28.425

41,869

54.623

66.591

 

5.037

2.489

5,157

9.64

14.429

 

18.503

32.51

45,955

58.709

70.677

 

15.78

13.233

15,9

20.384

25.173

 

24.318

35,1

48,628

62.147

75.026

 

12.21

21.46

30,33

38.75

46.65

 

0.761

0.926

0,945

0.945

0.942

 

1485

1470

1455

1440

1425

, кВт

0.213

0.445

0,854

1.395

2.033

 

1.452

1.452

1,452

1.452

1.452

 

10.55

19.56

28,02

35.9

43.16

 

0.014

0.029

0,043

0.058

0.072

 

10.53

19.53

27,98

35.84

43.09

 

67.749

126.93

183,722

237.8

288.866

 

0.862

0.91

0,922

0.925

0.924


 

  1. Критическое скольжение

 

По полученным данным построим рабочие характеристики: I, , M, ,  
, S , n = f().

Номинальную мощность определим по характеристике I=f() для заданного значения тока

 

В ходе выполнения курсовой работы, были определены все необходимые  параметры асинхронного двигателя  А2-72-4 методом построение круговой диаграммы асинхронного двигателя, и аналитическим расчетом по схеме замещения. В результате были получены рабочие характеристики необходимые для эксплуатации данного асинхронного двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использовавшейся литературы

1. Справочник по Электрические  машинам / Под Ред. И.П. Копылова, Б. К. Клокова, М.: Энергоатомиздат, 1998.

2. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода/ М.Г. Чиликин, А. С. Сандлер, М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Вольдек, А.И. Электрические машины / А.И. Вольдек, Л.: Энергия, 1978.

4. Касаткин, А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М. В. Немцов, М.: Высшая школа, 2000.

5. Москаленко, В. В. Электрический  привод / В. В. Москаленко, М.: Высшая  школа, 1991.