Домашнее задание Расчет механических и скоростных характеристик асинхронного короткозамкнутого электродвигателя Порядок выполнения и оформления расчетнографических работ
 Скачать 4.52 Mb.
|
|
5. Обоснование применения энергосберегающего регулятора напряжения питания асинхронного двигателя Анализ рабочих характеристик асинхронного двигателя (рис. 12) показывает, что его коэффициент мощности cos φ существенно зависит от нагрузки, причем в большей степени, чем КПД. При холостом ходе у асинхронных двигателей cos φ меньше 0,2 и остается невысоким при моменте нагрузки (сопротивления) Мс меньше 0,6 Мн. Это объясняется тем, что в режиме холостого хода потребляемый двигателем ток I1 – Iх состоит в основном из реактивной составляющей, затрачиваемой на создание в нем основного магнитного потока. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя пропорционально растет активная составляющая потребляемого им тока I1. Реактивная составляющая тока асинхронного двигателя при этом изменяется сравнительно мало, так как основной магнитный поток двигателя остается практически постоянным. При нагрузке асинхронного двигателя, превышающей номинальную, из-за увеличения частоты тока в обмотке ротора f2s = f2s заметно возрастает ее индуктивное сопротивление X2s’ = X2’s. Относительная доля реактивной составляющей в токе двигателя увеличивается, и его cos φ уменьшается. Коэффициент мощности является важным энергетическим показателем асинхронного двигателя, характеризующим эффективность потребляемой им электроэнергии из сети. При одинаковой потребляемой мощности Р1 асинхронный двигатель с меньшим cos φ потребляет большую реактивную мощность Q1, загружая сеть большим током и создавая в ней дополнительные потери мощности. Поэтому повышение коэффициента мощности асинхронных двигателей – самых распространенных электродвигателей в производственном оборудовании, представляет собой важную технико-экономическую задачу. Существует несколько способов повышения cos φ асинхронных двигателей. К ним относятся замена малонагруженных двигателей подобными двигателями меньшей мощности, отключение, если допустимо по условиям работы производственного оборудования, двигателей от сети при продолжительной работе их на холостом ходу и понижение напряжения питания асинхронных двигателей, длительно работающих с малой нагрузкой. Последний способ получил наибольшее распространение, так как его применение позволяет не только повысить cos φ асинхронного двигателя, но и понизить пусковой ток, что также уменьшает токовую нагрузку сети. Реализация этого способа повышения cos φ асинхронных двигателей может осуществляться с помощью трехфазного автотрансформатора, полупроводникового регулятора напряжения, а также переключением обмоток статора двигателя со схемы треугольника на звезду, которое приводит к снижению, фазного напряжения на обмотках двигателя в  раз. Необходимое напряжение питания асинхронного двигателя, при котором его cos φ при Мс меньше Мн будет равен номинальному значению cos φн, можно определить, воспользовавшись известной взаимосвязью его электромагнитного момента и напряжения питания. Оно должно быть равно: .При понижении напряжения питания асинхронного двигателя уменьшается его магнитный поток, а, следовательно, и реактивная составляющая потребляемого тока. Но, поскольку момент нагрузки на валу двигателя не изменяется, одновременно возрастает активная составляющая тока обмотки ротора, и соответственно, мощности потерь в обмотках статора ΔPэ1 и ротора ΔPэ2. При этом возможно некоторое снижение КПД двигателя. Для обоснования технической целесообразности применения энергосберегающего регулятора напряжения питания асинхронного двигателя необходимо выполнить сравнительный расчет его основных энергетических показателей I1, cos φ, Р1, n при моменте нагрузки Мс меньше Мн, а также пусковых токов I1п для двух значений напряжения питания U1 = U1н и U1 меньше U1н. Заданный для выполнения расчета нагрузочный момент Мс = Ku2 Mн определяется по известному из исходных данных коэффициенту ku и рассчитанному в п.2 номинальному моменту Мн. Расчет энергетических показателей асинхронного двигателя I1, cos φ, P1, n при U1 = U1н и U1 = kuU1н выполняется по методике, изложенной в п.4 указаний к выполнению данного задания. Перед их расчетом необходимо предварительно для обоих напряжений питания определить скольжение электродвигателя с заданным моментом нагрузки Мс. Это можно сделать одним из двух способов – графическим и аналитическим, который выбирается самостоятельно. Графический способ основывается на использовании для определения скольжения асинхронного двигателя графиков его механических характеристик М = f(s), изображенных на рис. 7. Для обеспечения необходимой точности определения скольжения при их построении изменению s от 0 до 1 должен соответствовать отрезок длиной не менее 100 мм. На графиках через точку, соответствующую Мс, проводится горизонтальная прямая линия. Проекции точек пересечения этой линии с рабочими участками естественной и искусственной механических характеристик асинхронного двигателя на горизонтальную ось системы координат являются соответственно значениями его скольжения sе и sи при естественном и искусственном режимах работы. Для аналитического определения скольжения асинхронного двигателя используется формула его механической характеристики, в которую подставляется заданный момент нагрузки Мс и соответствующее напряжение питания U1:  Это выражение представляет собой квадратное уравнение относительно переменной s, которое после преобразований и упрощений принимает вид:  При решении этого уравнения получаются два положительных корня, меньшее значение из которых используется для расчета энергетических показателей асинхронного двигателя при соответствующем напряжении питания U1. Расчет пускового тока асинхронного двигателя I1п выполняется также, как и фазного тока при расчете его рабочих характеристик, но при этом скольжение принимается равным s = 1. Полученные при расчете данные сводятся в таблицу. По результатам их сопоставления, и в первую очередь коэффициента мощности, делается вывод о целесообразности применения энергосберегающего регулятора напряжения питания асинхронного двигателя. Расчет характеристик трехфазного асинхронного двигателя при помощи математической системы Mathcad 1. Исходные данные для расчета Паспортные данные электродвигателя: типоразмер – 4А160S4УЗ p:= 2 U1H:= 220 f1H:= 50 P2H:= 15000 n2H:= 1465 ƞH:= 0,885 cos φH:= 0,88. Параметры схемы замещения: Rx:= 0,347 Xx:= 30,78 R1:= 0,354 X1:= 0,6419 R’2:= 0,188 X’2:= 0,98. Коэффициенты, задающие степень изменения параметров электрической сети и электродвигателя: ku:= 0,6 kR2:= 8 kf:= 0,75. 2. Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя     Результаты расчета: n1 = 1500 sn = 0,023 sk = 0,113 M(0,0001) = 0,492 n2(0,0001) = 1499,850 M(0,5  ) = 54,396 n2(0,5 ) = 1482,500М(sн) = 101,499 n2(  ) = 1465,000М(1,5 ) = 140,216 n2(1,5 • ) = 1447,500М(  ) = 229,447 n2( ) = 1330,129М(0,6) = 94,163 n2(0,6) = 600,000 М(0,8) = 72,957 n2(0,8) = 300,000 М(1,0) = 59,426 n2(1) = 0,000  3. Искусственные механические характеристики асинхронного двигателя Механическая характеристика асинхронного двигателя при изменении напряжения питания U1   Результаты расчета:  =132,000 (0,0001) = 0,177  (0,0001) = 1499,850 (0,5 ) = 19,583 (0,5 ) = 1482,500 ( ) = 36,540 ( ) = 1465,000 (1,5 sн) = 50,478 (1,5 ) = 1447,500 ( ) = 82,612 ( ) = 1330,129 (0,6) = 33,899 (0,6) = 600,000 (0,8) = 26,264 (0,8) =300,000 Механическая характеристика асинхронного двигателя при изменении активного сопротивления фазной обмотки ротора R’2    Результаты расчета:  = 1,504 ( = 0,906 (0,0001)=0,061 (0,0001) = 1499,850 ( ) = 14,176 ( ) = 1465,000 (4 )=54,396 (4 ) = 1360,000 ( )=229,447 ( ) = 141,032 (0,6) = 214,268 (0,6) = 600,000 (0,8) = 228,021 (0,8) = 300,000 (1,0) = 228,558 (1) = 0,000 Механическая характеристика асинхронного двигателя при изменении частоты f1 и напряжения питания U1 по законуU1/f1 = const.    Результаты расчета:  = 37,500 =165,000 = 1125,000 = 0,148 (0,0001) = 0,369 (0,0001) = 1124,9 ( ) = 77,337 ( ) = 1098,750 (1,5· ) = 108,695 (4· ) = 1085,625 ) = 213,858 ( ) = 958,056 (0,6) = 112,844 (0,6) = 450,000 (0,8) = 89,193 (0,8) = 225,000 (1,0) = 73,493 (1) = 0,000 |