Файл: С.Д. Баранов Влияние отклонения напряжения на характеристики асинхронных электродвигателей.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.06.2024
Просмотров: 34
Скачиваний: 0
0
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электроснабжения горных и промышленных предприятий
ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Методические указания к лабораторной работе по курсу “Электроснабжение” для студентов всех форм обучения специальности 100400 “Электроснабжение”
Составитель С.Д.Баранов Утверждены на заседании кафедры Протокол № 2 от 4.11.99
Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией по специальности 100400 Протокол № 2 от 5.11.99
Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ
Кемерово 2000
1
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Закрепление материала по теме "Влияние отклонения напряжения на характеристики асинхронных электродвигателей".
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Отклонениями напряжения называются относительно медленные изменения напряжения относительно номинального значения. Отклонения напряжения в относительных единицах определяются:
∆ U = |
Ut − UH |
, |
(1) |
|
|||
|
UH |
|
|
где Ut - значение напряжения в момент времени; UH – номинальная величина напряжения.
Отклонения напряжения от номинальных значений на зажимах асинхронных двигателей существенно влияют на их техникоэкономические показатели и могут вызвать такие явления, как изменение реактивного и активного токов, тепловых потерь, нагрев двигателя, уменьшение коэффициента мощности, скорости вращения, изменение пускового и критического моментов.
ГОСТ 13109-85 допускает отклонения напряжения на зажимах асинхронных двигателей в пределах от -5 до + 10% номинального значения. Следует отметить, что оптимальная величина напряжения для асинхронных двигателей не является постоянной, а зависит от их нагрузки. Только при номинальной нагрузке оптимальной величиной является его номинальное значение.
В целях упрощения анализа величину напряжения выразить в относительных единицах в виде коэффициента:
Ки = |
U |
, |
(2) |
|
UН |
||||
|
|
|
где U - фактическое напряжение на зажимах двигателя, В; UH - номинальное значение напряжения сети, В.
Величину загрузки двигателя представим в виде коэффициента
нагрузки: |
т = |
р |
, |
(3) |
рН |
2
где р - фактическая нагрузка двигателя, кВт; PH - номинальная мощность, кВт.
Намагничивающий ток холостого хода |
пропорционален величи- |
не подводимого к двигателю напряжения: |
|
Io = Io,н = Rи , |
(4) |
где Io - значение тока холостого хода при |
отклонении напряжения |
на зажимах двигателя на величину ∆ U от номинального значения, А; Io,н - значение тока холостого хода при номинальном напряжении, А.
Поскольку величина намагничивающего тока определяет коэффициент мощности двигателя, то изменение напряжения будет влиять на величину последнего.
Ток ротора определяется нагрузкой двигателя и обратно пропор-
ционален величине напряжения: |
′ |
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
I2′ |
= |
mI2 |
, |
(5) |
|
Kи |
|
||||
|
|
|
|||
где I2′ - значение тока ротора при отклонении напряжения на величину∆ U при нагрузке, А; I2н - ток ротора при номинальных напряжении и нагрузке, А.
Следовательно, при уменьшении напряжения будет происходить увеличение тока ротора, однако величина тока статора будет определяться суммой намагничивающего тока и тока ротора, т.е.:
I1 = Io + I2 . |
(6) |
При таких нагрузках будет преобладать реактивный ток и ток статора может уменьшаться, при больших нагрузках преобладание тока ротора вызовет увеличение тока статора. Коэффициент мощности асинхронного двигателя:
соsϕ |
= |
P∆ |
U1т |
, |
(7) |
|
3U1I1 |
||||||
|
|
|||||
где Р∆ U1m – активная мощность, потребляемая двигателем при нагрузке и отклонении напряжения на величину ∆ U, Вт; ∆ U1 – напряжение на зажимах двигателя, В; I1 – ток, потребляемый двигателем, А.
Следует отметить, что при малых нагрузках и номинальном напряжении коэффициент мощности асинхронных двигателей имеет очень низкое значение.
3
Полные потери мощности в двигателе состоят из активных потерь в обмотках статора и ротора, активных потерь в стали, механических потерь на трение и добавочных потерь:
∆ Р = ∆ Р1 + ∆ Р2 +∆ РС + ∆ РМ + ∆ РД , |
(8) |
|
где Р1 = 3 I12 r1 – активные потери в обмотках статора, Вт; r1 - актив- |
||
ное сопротивление статора, 0м; ∆ Р2 |
= 3 I2΄2г΄2 - активные потери в |
|
обмотках ротора; r2 - активное |
сопротивление |
ротора, 0м; |
∆ РС = ∆ РС,Н КU2 - активные потери в стали двигателя, Вт; ∆ РС,Н - ак- |
||
тивные потери в стали при номинальной нагрузке и напряжении; ∆ РМ = 0,01РН - механические потери, Вт; ∆ Рд = 0,005РН - добавочные потери, Вт; РН - номинальная мощность двигателя, Вт.
Из формулы (8) видно, что величина активных потерь в стали и обмотках ротора и статора зависит от напряжения. При номинальных нагрузках снижение напряжения приводит к значительному увеличению тепловых потерь, что часто вызывает нагрев двигателя сверх допустимых значений и может привести к выходу его из строя.
Зависимость скорости вращения асинхронного двигателя от напряжения и нагрузки можно представить:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϖ |
|
|
|
|
|
|
|
Skp |
|
|
|
|
|
|
||
ϖ |
2 = |
0 |
|
1− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
р |
|
2 |
|
|
|
2 |
|
2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
b k |
|
|
b k |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
и |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
+ |
|
п |
|
|
− |
1 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
m |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ω2 - скорость вращения ротора, об/мин; ω0 - синхронная скорость поля статора, об/мин; Sкр - критическое скольжение ротора;
bn = |
М Н |
- отношение номинального момента к критическому при |
М КР
номинальном напряжении и нагрузке; Р - число пар полюсов.
При значительных нагрузках и отклонениях напряжения скорость вращения ротора может уменьшаться до нескольких процентов от номинального значения.
Критический момент асинхронных двигателей находится в квадратичной зависимости от подводимого напряжения.
М КР = М КР,Н КU 2 , |
(10) |
где МКР,Н - критический момент при номинальном напряжении, НМ.
4
При снижении напряжения резко уменьшается величина критического момента двигателя, что приводит к нарушению его устойчивой работы. При перегрузках двигатель будет часто опрокидываться, что значительно снижает производительность рабочих машин. Пусковые свойства также ухудшаются. Двигатель под нагрузкой может не запускаться вообще или запускаться в течение длительного времени. Многократные запуски двигателя при пониженном напряжении вызывают его перегрев и выход из строя.
Из приведенного выше видно, что при малых нагрузках (когда величины критического и пускового моментов не имеют существенного значения) целесообразной может быть работа двигателя при напряжении меньше номинального значения, только при этом уменьшается величина подмагничивающего тока, уменьшаются потери энергии, увеличивается коэффициент мощности.
Однако при нагрузках двигателя, близких к номинальному значению, целесообразным будет напряжение не менее номинального. При этом некоторое увеличение реактивного тока будет скомпенсировано уменьшением активной составляющей. Суммарные потери будут значительно меньше, чем при пониженном напряжении. Высокие значения критического и пускового моментов обеспечат устойчивую работу двигателя и уверенный его запуск. Уменьшение тепловых потерь, уменьшение числа опрокидываний и сокращение продолжительности запуска двигателя создают благоприятный тепловой режим
иувеличивают срок его службы.
3.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Лабораторная установка (рис.1) состоит из: стенда с измерительными приборами; исследуемого асинхронного двигателя; нагрузочного генератора постоянного тока; источника регулируемого напряжения и понижающего трансформатора.
Обозначение на схеме: АД - исследуемый асинхронный двигатель с КЗ ротором; НГ - нагрузочный генератор постоянного тока; Т1 - понижающий трансформатор; T2 - источник регулируемого напряжения, автотрансформатор типа ATGH-16-SSO-7S-Y4M, ручка регулирования сбоку; QF1 - автоматический выключатель типа AП-50; SBT - кнопка "пуск" эл. двигателя; SBС - кнопка "стоп" двигателя; КМ1 - магнитный пускатель ПМЕ-SII; РА1 - амперметр в цепи об-
5
мотки статора асинхронного двигателя; PV1 - вольтметр, показывающий величину напряжения на зажимах двигателя; PW1 - ваттметр для измерения активной мощности, потребляемой асинхронным двигателем; PA2 - амперметр в цепи нагрузочного генератора; PV2 - вольтметр в цепи нагрузочного генератора; PN1 - вольтметр в цепи тахогенератора; ТГ - тахогенератор ( в одном корпусе с нагрузочным генератором); LG1 - обмотка возбуждения тахогенератора; LG2 - обмотка возбуждения генератора; SA1 - тумблер включения тока возбуждения генератора; SA2 - переключатель для изменения тока возбуждения генератора; RR1 - сопротивление в цепи обмотки возбуждения генератора; RH - нагрузочное сопротивление генератора; КК1 - тепловое реле.
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Перед включением лабораторной установки необходимо:
1. Изучить конструкцию стенда и ознакомиться с его принципиальной схемой.
2. Ознакомиться с расположением и назначением переключателей и приборов. Выяснить цену деления шкал приборов и коэффициенты, которые необходимы для приведения показаний приборов в соответствующие значения.
3.Начертить табл. 1 для внесения данных эксперимента.
4.Выписать паспортные данные двигателя и генератора из
табл. 3.
5.Исследовать режим работы двигателя при коэффициенте нагрузки, близком к режиму холостого хода (m = 0), и значениях на-
пряжения (0,6; 0,8; 1,0; 1,12) UН. Для этого необходимо:
а) автоматическим выключателем QFI подать напряжение на источник регулируемого напряжения Т2 (Т1);
б) тумблер SA1 поставить в положение "ОТКЛ." (ток возбуждения равен нулю);
в) установив напряжение V1 близким к номинальному значению, кнопкой SBT запустить асинхронный двигатель;
г) последовательно изменяя напряжение U1 от 0,6 до 1,12 UН,
снять показания приборов и занести в табл. 1.
6. Исследовать режим работы двигателя при коэффициенте нагрузки m ≈ 0,5:
а) не отключая двигатель после первого исследования, установить напряжение U1 = UH ;
6
б) переключатель SA2 поставить в положение "1", а переключатель SA1 в положение "ВКЛ.";
в) устанавливая последовательно напряжение U1 равным (0,6; 0,8; 1,0; 1,12) UH, снять показания приборов и занести в табл. 1.
Рис. 1. Электрическая схема лабораторного стенда
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Данные эксперимента |
|
Таблица 1 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M |
KU |
UA=√ 3Uф, |
Uф, |
I1, |
|
P1, |
Ur, |
Ir, |
n,об/мин |
|
|
|
В |
В |
A |
|
Bт |
В |
A |
|
|
0 |
0,6 |
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
0,8 |
177 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1,0 |
220 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1,12 |
253 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
0,6 |
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
0,8 |
177 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
1,0 |
220 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
1,12 |
253 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
0,6 |
132 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
0,8 |
177 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,0 |
220 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,12 |
253 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7. Исследовать режим работы двигателя при коэффициенте на- |
|||||||||
грузки т ≈ |
1,0: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) не отключая двигатель после второго эксперимента, установить |
|||||||||
U1 = UH;
б) переключатель SA2 поставить в положение "11";
в) устанавливая последовательно напряжения U1, равное (0,6; 0,8; 1,0; 1,12) UH Снять показания и занести в табл. 1.
8. Переключатель SA2 поставить в положение "1", SA1 в положение "ОТКЛ.", кнопкой SBC отключить асинхронный двигатель, автоматом QF1 снять напряжение со стенда.
5.ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА
Вотчете необходимо привести:
1. Цель работы.
2.Электрическую схему лабораторной установки.
3.Паспортные данные электрических машин.
4.Экспериментальные данные, представленные в табл. 1.
5.Расчётные данные, сведенные в табл. 2.
6.Графики зависимости показателей двигателя от напряжения и нагрузки: