Параллельная работа синхронных генераторов

• Название: Параллельная работа синхронных генераторов
• Дата: 17.05.2023
• Размер: 3.19 Mb.
• Имя файла: mashiny_2_chast_ (1).doc
• Тип: Документы; #1138650
• страница: 8 из 11

§ 9.8. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рабочие характеристики показывают зависимости: скорости вращения п₂, величины тока в статоре I₁момента М₂, коэффициен­та мощности , к. п. д. и скольжения s от полезной мощности двигателя Р₂ при U₁=U_1H=const и f=f_H=const.

Рабочие характеристики двигателя даны на рис. 9.8. Скорост­ная характеристика n₂=f(Р₂) представляет собой кривую, слегка наклоненную к оси абсцисс. Скорость вращения двигателя определяется по формуле n₂=n(1—s). В то же время скольжение за­висит от отношения потерь в меди Р_м2 к развиваемой двигателем электромагнитной мощности;




При холостом ходе P_M2=0 отсюда s=0 и n₂=n₁. С увеличением нагрузки отношение P_M2/P_ЭМ растет, но в очень ограниченных пре­делах.

При увеличении нагрузки от нуля до номинальной скольжение s меняется в пределах 1,5—5%, поэтому и скорость двигателя ме­няется незначительно. Таким образом, асинхронный двигатель обладает жесткой скоростной характеристикой. - Характеристика момента М₂=f(Р₂) подобна характеристике синхронного двигателя, так как скорость двигателя в пределах но­минальной нагрузки остается практически постоянной.

К. п. д. двигателя, определяемый зависимостью =f(P₂), по мере роста нагрузки увеличивается сначала быстро, затем медлен­нее и имеет наибольшее значение при нагрузке (0,75 0,8) Р₂.

Коэффициент мощности cosφ при недогрузке двигателя резко падает вследствие того, что при холостом ходе и малых нагрузках двигатель потребляет реактивный намагничивающий ток, отстаю­щий по фазе от напряжения на угол, близкий к 90°, поэтому всегда следует загружать двигатель в соответствии с его номинальной мощностью. Коэффициент мощности асинхронного двигателя при холостом ходе не превышает 0,2, однако с ростом нагрузки он быстро увеличивается и достигает наибольшего значения (0,8 0,9) при нагрузке, близкой к номинальной.

Номинальные значения к.п.д η и коэффициента мощности cosφ различных асинхронных двигателей единой серии приведены в табл.9.2

Потребляемая мощность P₁ и ток статора I₁ с увеличением по­лезной мощности возрастают. За счет увеличения потерь (главным образом в меди) возрастание Р₁ и I₁ при больших нагрузках уско­ряется, и кривые загибаются вверх.







Рис. 9.8. Рабочие характерис­тики асинхронного двигателя


Рис. 9.9. Механическая ха­рактеристика n₂=f(M) асин­хронного двигателя





Механическая характеристика n₂=f(М) является обращенной кривой зависимости момента от скольжения M=f(s) (рис. 9.9). Она также делится на устойчивую и неустойчивую части. В пре­делах устойчивой части характеристики (АВ) действует принцип саморегулирования двигателя: при увеличении момента нагрузки на валу двигателя число оборотов двигателя уменьшается, сколь­жение увеличивается, увеличивается и ток, а с ним и момент вра­щения до уравнения его с моментом сопротивления.

В неустойчивой части, характеристики (ВС) при увеличении момента сопротивления и уменьшении числа оборотов момент также уменьшается и двигатель останавливается. Для оценки пусковых свойств асинхронных двигателей учиты­вается отношение начального пускового момента M_пуск к номи­нальному М_H, т. е.




Для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощ­ностью более 100 кет кратность начального пускового момента k_НЧне должна быть ниже 0,7 и достигает практически 1,5.

§ 9.9. Круговая диаграмма асинхронного двигателя

Рабочие характеристики асинхронного двигателя могут быть построены по круговой диаграмме. Круговая диаграмма с достаточ­ной точностью позволяет проследить характер изменения основных параметров двигателя при изменении его нагрузки Р₂ и получить их численные значения.

При прохождении тока I по простейшей электрической цепи, состоящей из постоянного по величине индуктивного сопротивле­ния х (рис. 9.10, а) и переменного активного сопротивления г, на участках цепи создается падение напряжения, имеющее активную U_a=Irи индуктивную U_L=Ixсоставляющие. Векторы паде­ний напряжений образуют прямоугольный треугольник напряже­ний ABC(рис. 9.10, б) с постоянной гипотенузой АС=U. Из гео­метрии известно, что вершина прямоугольного треугольника В лежит на окружности, описанной на диаметре АС и являющейся геометрическим местом точек В.






Рис. 9.10. Основа построения круговой диаграммы

Если стороны прямоугольного треугольника ABCразделить на х, то будет получен треугольник HDC, являющийся треуголь­ником токов (рис. 9.10, в). Вектор HDявляется вектором тока I.

Конец вектора HD=Iпри изменении величины активного сопротив­ления r(U=const, x=const) описывает окружность HDCкруга токов.

Вектор напряжения Uоткладывается в положительном направ­лении оси ординат. Вектор тока HD=Iобразует с напряжением Uуглы и т. д. в зависимости от нагрузки.

При r=оо ток I=0 и угол =0; при r=0 (чисто индуктивная нагрузка) ток I=НС = U/x и отстает от напряжения Uна 90°.

На рис.9.5 была приведена схема замещения асинхронного двигателя. При построении круговой диаграммы обычно пользуются преобразованной схемой замещения, в которой намагничивающий контур выделен в самостоятельную цепь (рис.9.11). Рабочий и намагничивающий контуры независимы друг от друга, к их зажимам приложено напряжение U_1. По рабочему контуру протекает ток I₂', по намагничивающему контуру - ток I_0.




Рис. 9.11. Схема замещения асинх­ронного двигателя с выделенным намагничивающим контуром


Работа намагничивающего контура определяется векторной диаграммой, приведенной на рис. 9.12, а. Индуктивное сопротивление намаг­ничивающего контура несравненно больше активного. Угол близок к 90^е. Рабочий контур схемы замещения подобен схеме, изображенной на рис. 9.5. Этот контур содержит индуктивное сопротивление x₂'+x₁и переменное активное сопротивление r₁= r₂'/s.

При изменении величины скольжения s меняется геометрическое место точек вектора тока на окружности



Рис. 9.12. Круг токов

Круговая диаграмма представляет собой совмещение диаграмм рабочего и намагничивающего контуров (рис. 9.12, б). На приве­денной диаграмме потребляемый двигателем ток равен геометри­ческой сумме токов I₁=Io+(- I₂')-

Круговая диаграмма строится на основании опытов холостого хода и короткого замыкания.

При проведении опыта холостого хода (рис. 9.13) двигатель ра­ботает вхолостую. Параметры холостого хода I₀ и P₀снимают при



Рис. 9.13. Опыт холостого хода асинхрон­ного двигателя

различных значениях подводимого напряжения, которое изменяет­ся от 0,5 до 1,2 (/„, с помощью поворотного трансформатора ПТ. Обычно круговая диаграмма строится при Ui=U_ia. По показаниям измерительных приборов получают значения /₀ и Р_о для напряже­ния U_1н, подводимого к обмотке статора. По полученным данным вычисляют


Опыт короткого замыкания проводят по схеме, изображенной на рис. 9.13, но при заторможенном роторе и замкнутой накоротко его обмотке; напряжение при этом понижается до (0,15—0,25) U_H. Проводить опыт короткого замыкания при номинальном напряже­нии нельзя, так как в этом случае ток короткого замыкания /_{к 3} может составить (7 4) I_н.

Мощность короткого замыкания Р_КЗ. определяется по пока­занию ваттметра при напряжении U_КЗ при котором ток I_к.₃ = I_н

Полученные данные I_к.₃ и P_К._Зпересчитывают на номинальное напряжение:






С опротивления г_К3 и х_КЗ считаются неизменными, при пересчете также не меняется и определяется по формуле.


Построение линии тока. Для построения круговой диаграммы используются данные опытов холостого хода и короткого замыка­ния: ток холостого хода I₀ при номинальном напряжении и частоте; мощность при холостом ходе P₀; фазный ток статора короткого за­мыкания I_КЗ при номинальном напряжении, полученный при пересчете по формуле



п отери короткого замыкания при номинальных напряжении и частоте, полученные в результате пересчета по формуле

сопротивление фазы обмотки статора r₁приведенное к рабочей температуре.

Построение начинают с вектора U₁приложенного к двигателю напряжения, который откладывают по оси ординат (рис. 9.14). За­даются масштабом тока и под углом к вектору напряжения U₁ про­водят вектор тока холостого хода I_О=0H, а под углом — век­тор тока короткого замыкания I_КЗ.=ОК. Точки Н(конец вектора тока I_О) и К (конец вектора I_К._{З Н}) соединяют прямой линией НК и из ее середины, точки М, опускают перпендикуляр до пересечения с линией НС, проведенной из точки Н параллельно оси абс­цисс. Точка О₁ пересечения перпендикуляра MО₁с основанием НС является центром окружности токов, из которого радиусом О₁Н строят окружность токов.



Рис9.14 построение круговой диаграммы


Для определения величин токов из точки О в выбранном мас­штабе откладывают вектор ODтока нагрузки I_H. При изменении нагрузки точка D(конец вектора OD) перемещается по окружности НК. При холостом ходе точка Dсовмещается с точкой Н, а при коротком замыкании — с точкой К..

Если точку D соединить с точкой Н, то получится треугольник токов ODH. Из этого треугольника, зная масштаб токов m_i опре­деляют ток I₂'=HD- Если же из точки Dопустить перпендикуляр. на ось абсцисс ОЕ, то из прямоугольного треугольника ODaоп­ределяют активную составляющую тока I_1a= m_iDaи реактивную составляющую тока I_1p=m_i0а.

Построение линий мощности. Подведенная к двигателю мощ­ность P₁определяется по формуле P₁= . Если U₁=const, a , то подведенная мощность пропорциональна актив­ной составляющей тока статора (P₁=I_1a). Изменение нагрузки вы­зывает одновременное перемещение точки Dпо окружности токов И точки а по оси абсцисс. Отсюда подведенная мощность может быть определена по формуле P₁= m_pDa, где m_p= U_1H , m_p-мас­штаб мощности.

Так как отсчет подведенной мощности всегда производится от оси абсцисс, то линия ОЕ называется линией подведенной мощности,

Линия полезной мощности Р₂ на круговой диаграмме представ­ляет собой прямую, проходящую через точки на окружности токов, в которых полезная мощность равна нулю, т. е. через точки Н и K .Отсюда, линия НК является линией полезной мощности, а полезная мощность Р₂ Для тока нагрузки I_1H=ODопределяется отрезком Dbс учетом масштаба мощности P₂= m_pDb.

Линия электромагнитной мощности Р_эм является одновременно линией вращающего момента М. Для построения линии электромаг­нитной мощности Р_эм и вращающих моментов М надо опустить из точки К перпендикуляр на линию НС. Полученный отрезок КК₃ делится в отношении





где активное сопротивление одной фазы обмотки статора при опыте к.з.
r₁ - активное сопротивление одной фазы обмотки статора

Вычислив и наметив положение точки K₂на отрезке ККз,проводят через нее и точку Н (в которой скольжение s=±0) пря­мую до ее пересечения с окружностью тока — точка Т. Пря­мая НТ и является линией электромагнитной мощности и вращаю­щих моментов, проходящей через точки, в которых скольжение s=0 (точка H) и s= ± (точка Т).

В еличина электромагнитной мощности определяется по формуле P_ЭM= m_pDc, а вращающий момент — по формуле M=m_MDc(где

Построение линии скольжения. Для построения линии скольжения из точки Н восстанавливают перпендикуляр Htи проводят параллельно линии электромагнитной мощности НТ прямую tQ, пересекающую перпендикуляр Htи продолжение линии НК.. Полученный отрезок прямой tQделят на 100 равных частей (вели­чина скольжения в %). Величина скольжения для данной на­грузки определяется продолжением линии HD=I₂' до пересече­ния с линией скольжения. Численное значение на шкале соответ­ствует величине скольжения.

Графическое определение коэффициента мощности. Для опре­деления величины коэффициента мощности на оси ординат строят окружность произвольного диаметра. Коэффициент мощности определяется как отношение Oh/Of. Если диаметр окружности взять равным 100 мм, то =Oh/100 .

Графическое определение к. п. д. Для графического определения величины к. п. д. двигателя строят шкалу к. п. д. в %. Для этого продолжают линию полезной мощности НК за линию абсцисс. Из точки L, пересечения продолжения линии полезной мощности НК с линией абсцисс ОЕ, опускают перпендикуляр — линию суммар­ных потерь. Шкалу к. п. д. проводят параллельно линии подве­денной мощности между продолжениями линий полезной мощности и суммарных потерь — прямая mn. При этом следует стремиться к тому, чтобы отрезок линии mn удобно делился на 100. Фактическое значение к. п. д. при заданной нагрузке определяется показанием шкалы в точке пересечения прямой линии, проведенной через точки

D и L.

Построение рабочих характеристик. Рабочие характеристики асинхронных двигателей небольшой мощности могут быть опре­делены в результате измерений тока I₁, мощности Р₁скорости вращения п₂и момента М на валу машины при различных нагруз­ках. По данным измерений рассчитывают Р₂, , скольжение и к. п. д. . У машин средней и большой мощности результаты из­мерений не всегда дают достаточно точные результаты. Рабочие характеристики в этом случае могут быть определены косвенным путем при помощи круговой диаграммы. Для их построения исполь­зуют либо расчетные, либо опытные данные, полученные из опытов холостого хода и короткого замыкания.

Порядок построения круговой диаграммы разобран выше. Зада­ваясь различными значениями токов статора I₁(0,25, 0,5, 0,75, 1,0 и 1,25 I_H) и масштабом тока, строят на окружности точки D₁ D₂, D₃и т. д. и в масштабе основные линии и характеристики.