Расчет статических механических и электромеханических характеристик асинхронного двигателя

Расчет статических механических и электромеханических характеристик асинхронного двигателя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт - Энергетический

Направление - Электроэнергетика и электротехника

Кафедра - ЭПЭО

Индивидуальное домашнее задание

РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

По дисциплине: «Электрический привод»

Выполнил студент группы 5А1Д Стасов К.Э.

Томск 2015

Исходные данные

Дан асинхронный двигатель типа 5а225s8k имеющий следующие технические данные:

-    номинальная мощность P_ном = 18,5 кВт;

-       номинальное скольжение s _ном = 0.03 %;

-       КПД в режиме номинальной мощности з_н = 0.885 о.е.;

-    коэффициент мощности в режиме номинальной мощности cosц_ном = 0,84 о.е.;

-       кратность максимального моме3

-       ;

-       кратность пускового момента ;

-       кратность пускового тока ;

-    номинальная частота вращения n_ном = 970 об/мин;

-       номинальное фазное напряжение U_1ф = 220 В;

-       номинальное напряжение сети U_1л = 380 В;

-       коэффициент загрузки двигателя:

-       число пар полюсов: р = 3

Задание

.        Определить параметры Т-образной схемы замещения;

.        Рассчитать и построить естественные механические и электромеханические характеристики. Провести анализ полученных результатов;

.        Рассчитать и построить механические и электромеханические характеристики электропривода, выполненного по системе "преобразователь частоты - асинхронный двигатель", обеспечивающего законы регулирования частоты и напряжения обмотки статора асинхронного двигателя. Провести анализ полученных данных.

статор ротор электропривод асинхронный

1. Определение параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя

Рисунок 1. Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

Найдем ток холостого хода асинхронного двигателя:

где:

-       - номинальный ток статора двигателя;

-       - ток статора двигателя при частичной загрузке;

-       з_нрж= з_ном=0.9 - КПД частичной загрузке;

-       - коэффициент мощности при частичной загрузке;

-       К=0.974 - коэффициент, зависящий от мощности двигателя.

Из формулы Клосса определим соотношение для расчета критического скольжения. В первом приближении принимаем в=1:

Число фаз m:=3.

Определим коэффициент:

Тогда активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора асинхронного двигателя:

Активное сопротивление статора обмотки рассчитываем по следующему выражению:

Определим параметр г, который позволяет найти индуктивное сопротивление короткого замыкания :

Найдем значение индуктивного сопротивления короткого замыкания:

 Ом

Найдем индуктивное сопротивление статорной обмотки, приведенное к статорной:

Найдем индуктивное сопротивление роторной обмотки, приведенное к статорной:

По найденным значениям ,  и  определим критическое скольжение:

Для того чтобы найти ЭДС ветви намагничивания E₁ найдем sinϕ

Найдем ЭДС ветви намагничивания Е₁, наведенную потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме

Тогда индуктивное сопротивление намагничивания

Приведенная методика дает удовлетворительное схождение расчетных характеристик, построенных по паспортным точкам на рабочем участке механической характеристики.

2. Расчет и построение естественных механических и электромеханических характеристик асинхронного двигателя

Найдем синхронную угловую скорость:

а) Рассчитаем и построим естественную электромеханическую характеристику

статор ротор электропривод асинхронный

где  - значение приведенного тока ротора от скольжения

Рисунок 2. Естественные электромеханические характеристики.

Зависимость угловой скорости от приведенного тока ротора.

Рисунок 3. Естественные электромеханические характеристики.

Зависимость угловой скорости от тока статора.

Вывод: различают естественную и искусственную электромеханические характеристики АД. Под естественной электромеханической характеристикой АД понимают зависимость тока ротора функцией от скольжения при номинальной схеме включения двигателя, номинальных параметров питающей сети и отсутствие добавочных сопротивлений в цепях двигателя. Все остальные характеристики называются искусственными. В нашем случае были построены естественные электромеханические характеристики. Значение номинального тока статора и тока ротора асинхронного двигателя, определенное по его электромеханической характеристике, практически совпадают со значениями, рассчитанными по каталожным данным, что подтверждает правильность методики определения параметров схемы замещения АД.

б) Рассчитаем и построим естественную механическую характеристику

Рисунок 4. Естественная механическая характеристика.

Вывод: как видно из расчетов, контрольные параметры, найденные в соответствии с каталожными данными двигателя, совпадают с контрольными точками, такими как: номинальный момент, максимальный момент, минимальный момент. Поэтому методику определения параметров схемы замещения по каталожным данным можно считать верной.

3.     
Расчет и построение механических и электромеханических характеристик электропривода, выполненного по системе «преобразователь частоты - АД», обеспечивающего законы регулирования частоты  и напряжения  обмотки статора асинхронного двигателя. (Вариант 1, 3, 5)

Рисунок 5. Функциональная схема скалярного частотного управления скоростью асинхронного двигателя

Закон регулирования:

Характеристики рассчитываются для следующих частот обмоток статора ,, .

Коэффициенты IR - компенсации:

Найдем относительные значения частот питающего напряжения в соответствии с заданием:

Найдем фазное напряжение обмотки статора асинхронного двигателя в соответствии с заданием:

Найдем относительные значения угловых скоростей холостого хода, в соответствии с заданием:

Рассчитаем и построим электромеханические характеристики с IR-компенсацией, определяющие зависимость приведенного тока ротора от скольжения:

На рисунке 6 представлены электромеханические характеристики, определяющие зависимость приведенного тока ротора от скольжения.

Рисунок 6. Электромеханические характеристики, определяющие зависимость тока ротора от синхронной скорости

Рассчитаем и построим электромеханические характеристики, определяющие зависимость тока статора от скольжения:

На рисунке 7 представлены электромеханические характеристики, определяющие зависимость приведенного тока статора от скольжения.

Вывод: из построенных электромеханических характеристик видно, что регулирование скорости изменением частоты напряжения статора с законом регулирования  приводит к значительному уменьшению пусковых токов, что приводит к уменьшению допустимого диапазона нагрузок для двигательного режима работы электропривода. В данном случае мощность двигателя довольно большая, следовательно, активное сопротивление обмотки статора не велико (по сравнению с двигателями меньшей мощности) и с уменьшением частоты f₁ сокращение рабочего диапазона нагрузок происходит в меньшей степени.

Рисунок 7. Электромеханические характеристики, определяющие зависимость тока статора от синхронной скорости

Рассчитаем и построим механические характеристики асинхронного двигателя при переменных значениях величины и частоты напряжения питания.

На рисунке 8 представлены механические характеристики, при переменных значениях величины и частоты напряжения.

Рисунок 8. Механические характеристики асинхронного двигателя при переменных значениях величины и частоты напряжения питания.

Вывод: при малых значениях частоты падение напряжения на сопротивлении статорной обмотки двигателя снижает величину напряжения, прикладываемого к контуру намагничивания, что приводит к снижению критического момента. Это хорошо видно на приведенных характеристиках. Регулирование скорости осуществляется в соответствии с законом .