Расчет Асинхронного двигателя
- -
Содержание
I Введение…………………………………………………… |
3 |
II Основная часть |
|
|
6 |
|
10 |
|
14 |
|
16 |
ІІІ Заключение………………………………………… |
21 |
IV Габаритный чертеж……………………………………….………... |
25 |
V Список использованных источников……………………………... |
23 |
VI Лист замечаний……………………………………………………. |
24 |
I ВВЕДЕНИЕ
Электрические машины применяются на данный момент практически во всех отраслях промышленности и в быту. Существует большое разнообразие электрических машин, которые различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения.
Электрические машины являются преобразователем, который может преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот. Машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую называются генераторами. Машины, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую называются двигателями.
Расшифровка условного
4АК160М6У3
порядковый номер серии
тип двигателя (асинхронный-с фазным ротором)
степень защиты IP23
обозначение фазного ротора (контактные кольца)
высота оси вращения вала машины
длина сердечника станины
число полюсов 6
климатическое исполнение согласно ГОСТ 15150-69
категория размещения, согласно ГОСТ 15150-69
Рис.1. Г – образная схема замещения асинхронного двигателя
Рис.2. Схема включения двигателя
(R2 – внутреннее активное сопротивление ротора; RП – пусковое сопротивление ротора)
ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ 4АК160М6У3:
- f1 = 50 Гц - частота сети;
- U1H = 220 В - номинальное напряжение фазы статора;
- n0 = 1000 об/мин - синхронная частота вращения;
- Р2Н = 10 000 Вт - номинальная мощность на валу;
- н = 0,845 - номинальный КПД;
- cos = 0,76 - номинальный коэффициент мощности;
- I2H = 20 А - номинальный ток ротора;
- U2 = 310 В - напряжение на кольцах неподвижного ротора;
- mk = 3,8 - перегрузочная способность двигателя (отношение макс. момента к номинальному);
- sн = 0,043 - номинальное скольжение;
- sk = 0,271 - критическое скольжение;
. ,
- X = 1,8 - индукт. сопротивление цепи намагничивания;
. ,
- R1 = 0, 043 - приведённое активное сопротивление фазы статора;
. ,
- X1 = 0,071 - приведённое активное сопротивление фазы статора;
. ,,
- R2 = 0,058 - приведённое активное сопротивление фазы ротора;
. ,,
- X2 = 0,13 - приведённое индуктивное сопротивление фазы ст тора;
- Z1 = 54 - число пазов статора;
- Sn1 = 32 - число эффективных проводников в пазу статора;
- a1 = 3 - число параллельных ветвей в обмотке статора;
- kоб1 = 0,96 - обмоточный коэффициент статора;
- R1(20) = 0,290 Ом - активное сопротивление фазы статора при 20оС;
- Z2 = 36 - число пазов ротора;
- Sn2 = 14 - число эффективных проводников в пазу ротора;
- a2 = 1 - число параллельных ветвей в обмотке ротора;
- kоб2 = 0,933 - обмоточный коэффициент ротора;
- R2(20) =0,259 Ом - активное сопротивление фазы ротора при 20°С;
- Рc = 0,012 - потери в стали;
- Рмех = 0,014 - механические потери;
- Рд = 0,0055 - добавочные потери;
- αс = 0,87 - отношение момента сопротивления Мс к номинальному
моменту Мзмн.
II. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ
- Потери в стали .
- Потери механические .
- Потери добавочные .
- При номинальной нагрузке полное сопротивление фазы двигателя
.
- Пересчёт сопротивлений схемы замещения из относительных единиц в Омы
6. Активное и индуктивное сопротивление фазы обмотки статора
;
.
7. Активное сопротивление цепи намагничивания, обусловленное потерями в стали
,
где ;
.
8. Коэффициент приведения к Г-
.
9. При номинальной нагрузке
.
10. Число пар полюсов двигателя
.
11. Угловая скорость вращения магнитного поля
.
12. При номинальной нагрузке
электромагнитный момент
.
13. Номинальный момент на валу двигателя
.
14. При номинальной нагрузке потери в обмотке ротора
.
15. Ток холостого хода
;
;
.
16. Ток главной ветви схемы
замещения при номинальной
;
;
.
17. Номинальный ток фазы статора
;
.
18. Потери в обмотке статора при номинальной нагрузке
.
19 Приведённая эдс фазы
.
20. Реальная эдс фазы
.
21. Коэффициент трансформации двигателя
.
22. Мощность холостого хода
.
23. Номинальная мощность, потребляемая из сети
24. Номинальный ток ротора
.
25. Сопротивление ротора при рабочей температуре
.
26. Номинальный кпд
.
27. Номинальный коэффициент мощнос
.
28. Коэффициент мощности при холостом ходе
.
29. Критическое скольжение
.
30. Критический момент
.
- Отношение критического момента к номинальному
.
- Число витков на фазу статора
.
- Число витков на фазу ротора
.
- Коэффициент трансформации по обмоточным данным
.
III. РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Рабочими характеристиками асинхронного двигателя являются зависимости Р1, I1, I2, cosφ, η, s, M от полезной мощности Р2. Эти характеристики рассчитываются с использованием Г - образной схемы замещения (рис.1). Исходные данные берутся из предыдущих расчётов.
- Вычислим пять значений скольжений
;
;
;
;
.
При каждом из этих скольжений выполним расчёты:
0,1SН=0,0043
1) Сопротивление главной цепи Г - образной схемы замещения
Ом;
Ом;
Ом.
2) Приведённый ток ротора и его составляющие
А;
А;
А.
3) Реальный ток ротора
А.
4) Ток фазы статора и его составляющие
А;
А;
А.
5) Потери в обмотке статора
Вт.
6) Потери в обмотке ротора
Вт.
7) Электромагнитная мощность
Вт.
8) Активная мощность, потребляемая двигателем из сети
.
9) Мощность на валу
.
10) Коэффициент полезного действия
о.е.
11) Коэффициент мощности
.
12) Электромагнитный момент
Н∙м.
Результаты расчётов заносим в таблицу 1
Таблица 1
S, о.е |
0 |
0,0043 |
0,0086 |
0,0129 |
0,0172 |
0,0215 |
I2,А |
0 |
2,1481 |
4,28119 |
6,39804 |
8,4975 |
10,5785 |
I1,А |
12,6576 |
12,8665 |
13,3489 |
14,0707 |
14,9912 |
16,0703 |
P1, Вт |
305,101 |
1461,63 |
2610,55 |
3750,47 |
4880,03 |
5997,95 |
P2, Вт |
0 |
950,422 |
2070,04 |
3162,85 |
4227,98 |
5264,62 |
ŋ |
0 |
0,65 |
0,79 |
0,84 |
0,866 |
0,878 |
cosφ |
0,0202635 |
0,17212 |
0,296 |
0,403855 |
0,49322 |
0,565504 |
Мэмн; Н*м |
0 |
10,9852 |
21,8171 |
32,4842 |
42,9755 |
53,2811 |
S, о.е |
0,0258 |
0,0301 |
0,0344 |
0,0387 |
0,043 |
0,0473 |
I2,А |
12,6399 |
14,6808 |
16,7003 |
18,6975 |
20,6716 |
22,622 |
I1,А |
17,2721 |
18,567 |
19,9312 |
21,3457 |
22,796 |
24,2706 |
P1, Вт |
7103,03 |
8194,14 |
9270,22 |
10330,3 |
11373,5 |
12398,9 |
P2, Вт |
6272,1 |
7249,82 |
8197,29 |
9114,12 |
10000 |
10854,7 |
ŋ |
0,883 |
0,884756 |
0,88426 |
0,882 |
0,879 |
0,875 |
cosφ |
0,623095 |
0,668678 |
0,704715 |
0,73326 |
0,755943 |
0,774031 |
Мэмн; Н*м |
63,3918 |
73,2991 |
82,9955 |
92,4743 |
101,729 |
110,756 |
S, о.е |
0,0516 |
0,0559 |
0,0602 |
0,0645 | ||
I2,А |
24,5479 |
26,4488 |
28,3242 |
30,1736 | ||
I1,А |
25,7604 |
27,2582 |
28,7584 |
30,2564 | ||
P1, Вт |
13405,8 |
14393,6 |
15361,6 |
16309,4 | ||
P2, Вт |
11678,2 |
12470,3 |
13231,1 |
13960,7 | ||
ŋ |
0,871 |
0,866 |
0,861 |
0,856 | ||
cosφ |
0,788492 |
0,8 |
0,809335 |
0,816724 | ||
Мэмн; Н*м |
119,549 |
128,106 |
136,422 |
144,497 |
По данным таблицы строим рабочие характеристики двигателя:
P1; I1; I2 =f(P2) – рис.4
S; ŋ; cosφ =f(P2) – рис.3
Рис 3. Рабочие характеристики двигателя S; ŋ; cosφ =f(P2)
Рис 4. Рабочие характеристики двигателя P1, I1, I2=f(P2)
IV. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
- Момент сопротивления
.
2. Максимальный пусковой момент по рис.2
.
3. Скольжение, соответствующее моменту М1 на естественной механической характеристике двигателя
,
где ;
.
Значение S1 должно соответствовать условию
- условие выполнено
4. Число ступеней пускового реост
S1>0,07, то Z=2;
S1=0,07, то Z=3;
S1<0,07, то Z=4; где Z – число ступеней пускового реостата.
Следовательно, в нашем случае Z= 2.
- Коэффициент изменения активного сопротивления роторной цепи
Поскольку при Z= 2 условие не выполняется, необходимо увеличить число ступеней, до тех пор пока условие не будет выполнено.
При Z= 4 условие выполняется.
(1,65882<1,752 условие выполняется)
Принимаем во внимание, что пуск двигателя осуществляется при максимальной нагрузке αс = 0,87.
6. Сопротивление пускового
, где m – целое число от 1 до Z
7. Сопротивление пускового
; где m – целое число от 1 до Z
V. РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
Пусковые характеристики показаны на рис. 5,6,7. Алгоритм расчёта этих характеристик базируется на Г-образной схеме замещения. Расчёт ведётся поочерёдно для всех ступеней пуска.
1. Номер пусковой ступени
2. Рабочие участки пусковых
; где К – поочерёдно принимает значения 1,2,3, при всех значениях m.
m=0
m=1
m=2
m=3
m=4
Полученные значения скольжений записываем в таблицу 2. При m=0 дополнительно записываем в таблицу скольжения 0, Sk и 1.
3. Выполним расчёт пусковых
S01=0,09
а) Активное, реактивное и полное сопротивление главной ветви Г-образной схемы замещения
;
;
б) Приведённый ток ротора
.
в) Активная и реактивная составляющая приведённого тока ротора
;
.
г)Реальный ток ротора
.
д) Ток статора и его составляющие
;
;
.
е) Электромагнитная мощность
.
ж) Электромагнитный момент
.
Результаты расчётов заносим в таблицу 2
Расчёт токов и моментов при m=1,2,3,4 можно не выполнять, т.к. отношение R²m/Smk не зависит от m. Следовательно, значения I1, I2, MЭМ будут те же самые, что и при m=0.
По данным таблицы 2 построим пусковые характеристики двигателя I 1= f(S) рис.6; I2= f(S) рис.7; МЭМ= f(S) рис.5.
После построения пусковых характеристик определим момент переключения М2 и проверим условие М2>1,1МС.
Таблица 2
m |
S |
I1;А |
I2;А |
MЭМ; Н·м |
0
|
0 0,044023 0,0880459 0,132069 0,282172 1 |
12,4441 23,145 38,2872 51,8864 82,8995 116,832 |
0 20,9108 38,2843 51,3644 70,7133 58,0228 |
0 103,898 184,392 240,037 300,046 170,958 |
1
|
0,0730263 0,146053 0,219079 |
23,145 38,2872 51,8864 |
20,9108 38,2843 51,3644 |
103,898 184,392 240,037 |
2
|
0,121138 0,242275 0,363413 |
23,145 38,2872 51,8864 |
20,9108 38,2843 51,3644 |
103,898 184,392 240,037 |
3
|
0,200946 0,401892 0,602837 |
23,145 38,2872 51,8864 |
20,9108 38,2843 51,3644 |
103,898 184,392 240,037 |
4 |
0,333 0,667 0,99 |
23,145 38,2872 51,8864 |
20,9108 38,2843 51,3644 |
103,898 184,392 240,037 |
Рис.5 Пусковая характеристика двигателя Mэм= f(s)
Рис.6 Пусковая характеристика двигателя I1= f(S)
Рис.7 Пусковая характеристика двигателя I2= f(s)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В курсовом проекте приведён расчёт рабочих и пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором.
Рабочие характеристики двигателя – это зависимость полезного момента М, коэффициента полезного действия h, коэффициента мощности соs , тока I от полезной мощности Р2 при постоянных значениях напряжения U1 и частоты сети f.
1. Коэффициент приведения к Г-
Относительная величина тока холостого хода равна - это 55 % от номинального тока, что отличается от асинхронных двигателей общепромышленного назначения (обычно ток I0 составляет 20 40% от IН). Но ток холостого хода значительно больше, чем ток холостого хода трансформатора (2 5% от IН ). Это объясняется тем, что асинхронный двигатель имеет относительно большой воздушный зазор.
Сравним значения тока ротора, кпд, сosj, сопротивлений R1, R2: рассчитанные и заданные значения мало отличаются. Погрешность вычисления по току ротора 1,0 %; по кпд –3,3 %; по cosj, - 0,8 %. Расчетные сопротивления R1 и R2 несколько больше, указанных в каталоге (таблица 6.16), так как рассчитаны для рабочей температуры (75 ºС), а заданные сопротивления приведены к 20 ºС.
Расчётные данные |
Заданные значения |
I2H= |
I2H=20, А |
сosj = 0,788 |
сosj = 0,76 |
R1= 0,385, Ом |
R1=0,29, Ом |
R2 = 0,357, Ом |
R2=0,259, Ом |
2. Коэффициент трансформации
3. Погрешность рассчитанного
Погрешность рассчитанного критического скольжения и рассчитанного отношения критического момента к номинальному объясняется неточностью расчета.
4. Электромагнитный момент
5. Определим электромагнитную
Вт.
Эта же мощность, рассчитанная в подготовительных расчетах, равна РЭМН=10653,08255 Вт, погрешность – 0,1%.
Так же, часть рассчитанных параметров отличается от номинальных данных серийного двигателя из-за различия данных Завода-Изготовителя и данных, заданных преподавателем, в частности (потери в стали, потери механические, потери добавочные).
ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Пуск двигателя осуществляется при разомкнутых контактах (рис.2) при этом в цепь ротора включены все добавочные сопротивления (включением в цепь ротора добавочных сопротивлений достигается максимальное значение пускового момента М1 и уменьшение тока в цепи ротора). В начале пуск двигателя происходит по «4» характеристике (рис.5). По мере разгона двигателя его момент уменьшается и при достижении значения, равного М2 (момент переключения должен быть больше Мс – момента сопротивления), часть сопротивления пускового реостата Rc4 (рис.1) выводят, замыкая контактор К4. Вращающий момент при этом мгновенно возвращается до М1 (максимального пускового момента), а затем с увеличением частоты вращения изменяется по характеристике «3» (рис.5). При этом сопротивление в цепи ротора равно RП3=R2+RC1+RС2+RС3. При дальнейшем уменьшении момента до М2 часть сопротивления реостата RС3 снова выводят контактором К3 и двигатель переходит на работу по характеристике «2», соответствующей RП2=R2+RC1+RС2 и т.д. Таким образом, при постепенном уменьшении сопротивления пускового реостата вращающий двигателя изменяется от МП.МАХ=М1 до М2, а частота вращения возрастает по ломанной кривой. В конце пуска пусковой реостат полностью выводится контактором К1 (рис. 2.), обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель переходит на работу по естественной характеристике.
Вывод – своевременное переключение реостата при скольжениях S1, S2, S3, S4 (рис.5) даёт возможность сохранить почти максимальное значение момента во время всего периода пуска двигателя.
Список литературы
- Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электрические машины». ПГТУ, 2000 г.
- Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик и др. М: Энергоиздат. 1982 г. 504 с.
- Электрические машины/ И.П. Копылов. М: Высшая школа, Логос; 2000 г. – 607 с.
- Электрические машины/ Б.Ф. Токарев. М: Энергоатомиздат, 1990г. – 624 с.
