ЭМПП_4_Кутонов_5А93

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерная школа энергетики

Отделение электроэнергетики и электротехники

Направление − 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №4

ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

ВАРИАНТ - 1

Выполнили:		Кутонов В.С.
студент группы: 5А93	(подпись, дата)	(Ф.И.О)

Проверил
	(подпись, дата)	(Ф.И.О)

Томск 2022 г.

Цель работы

Изучить особенности построения статических характеристик и расчета предельных по статической устойчивости режимов асинхронного электродвигателя.

Рисунок 1 - Схема исследуемой энергосистемы Рисунок 2 – Зависимости R(s) и x(s)

Для построения статических характеристик асинхронного электродвигателя обычно используется Г-образная схема замещения, приведенная на рис.1.

В качестве исходных данных выбираются:

P ном – номинальная активная мощность, кВт;

U ном – номинальное напряжение, кВ;

cosφ ном – номинальный коэффициент мощности;

s ном – номинальное скольжение;

s2 – второе опорное значение напряжения скольжения;

m_ст – статический момент сопротивления моментно-скоростной характеристики;

p – показатель степени нелинейной части моментно-скоростной характеристики;

k З – коэффициент загрузки.

Во всех случаях следует принимать p = 2. Остальные параметры задаются из таблицы 1.

Таблица 1. Данные по варианту

P ном, кВт	U ном,кВ	cosφ ном	s ном	mст	k З
2800	6	0,89	0,04	0,15	0,86

Все расчеты будем производить в программной среде MathCAD.

Ход работы:

1. Выразим исходные данные в системе относительных единиц:

2. Численные значения параметров R₀, R₁, X_S0, X_S1 выбираем в соответствии с рис. 2, и рассчитываем сопротивление намагничивания:

3. Рассчитаем параметры схемы замещения с учетом зависимости сопротивлений от скольжения.

4. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем при номинальной частоте сети серии зависимостей электромагнитной мощности электродвигателя от скольжения для следующего ряда значений напряжения:

5. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем при номинальной частоте мощность приводного механизма:

6. На одном графике построим семейство зависимостей Р_ЭМОЕ(s) и Р_МЕХОЕ(s), рассчитанные в п.3 и п.5.

Рисунок 3 – Семейство зависимостей Р_ЭМОЕ(s) и Р_МЕХОЕ(s)

7. Изменяя значение U_ое в (20), приближенно подберём значение предельного напряжения Uпрое , при котором двигатель окажется на пределе статической устойчивости, построить зависимость Pэм ое (s) при U прое на графике п.6.

Рисунок 4 – Р_ЭМОЕ(s) и Р_МЕХОЕ(s) при критическом значении U

8. Найдём точки пересечения зависимостей Р_ЭМОЕ(s) и Р_МЕХОЕ(s), рассчитанные в п.3 и п.5, соответствующие устойчивому и предельному состояниям двигателя, построим статическую характеристику P(U). Построение статической характеристики P(U) производится по точкам пересечения кривых Р_ЭМОЕ(s) с кривой Р_МЕХОЕ(s), при номинальной частоте сети.

Рисунок 4 – Статическая характеристика P(U)

9. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем серии зависимостей Р_ЭМОЕ(s) и Р_МЕХОЕ(s) для ряда значений частоты при номинальном напряжении сети:

10. На одном графике построить семейство зависимостей P эм ое (s) и P мех ое (s), рассчитанных в п.9, и по точкам их пересечения построим статическую характеристику P( f ).

Рисунок 5 - Семейство зависимостей P эм ое (s) и P мех ое (s)

Отсюда статическая характеристика

Рисунок 7 – Статическая характеристика P(f)

11. По значениям напряжения и скольжения в точках пересечения зависимостей из п.8 построим по (15) ветвь статической характеристики Q'(U) для работающего электродвигателя (при U_прое≤U≤1,1).

Рисунок 8 – Зависимости из п.8

Рисунок 9 - Статическая характеристика Q'(U) для работающего электродвигателя

При s =1 в диапазоне построим по (15) ветвь статической характеристики Q''(U) остановленного двигателя.

Рисунок 10 - Статическая характеристика Q’'(U) для остановленного электродвигателя

Определим напряжение U прое в точке пересечения кривой Q''(U) с касательной ветви Q'(U) в точке, соответствующей значению производной . При расчете учитываем зависимости от скольжения по (2-3).

U_прое=0,47 о.е.

12. По значениям частоты и скольжения в точках пересечения зависимостей из п.10 построим по (15) статическую характеристику Q'( f ) для работающего электродвигателя.

Рисунок 12 - Статическая характеристика Q'( f ) для работающего электродвигателя.

13. По статической характеристике, построенной в п. 11 при U ое =1,1 определить коэффициент крутизны и регулирующий эффект.

Вывод:

В ходе данной лабораторной работы было найдено минимально возможное напряжение работы асинхронного двигателя, построены зависимости мощностей от скольжения и напряжения, были изучены особенности их построения, рассчитаны предельные по статической устойчивости режимы работы асинхронного двигателя.

Ответы на контрольные вопросы

1. Почему при увеличении скольжения возрастает активное и уменьшается индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки электродвигателя?

Известно, что сопротивления x_s и R схемы замещения зависят

от режима работы электродвигателя. При увеличении sω_c усиливается

эффект вытеснения тока из проводников ротора, что приводит к возрастанию активного сопротивления.

Индуктивное сопротивление рассеяния, напротив, убывает вследствие вытеснения магнитного потока рассеяния в воздушный зазор между ротором и статором и соответствующего уменьшения индуктивности рассеяния роторной обмотки.

2. Какие факторы определяют вид статических характеристик активной мощности двигателя по напряжению и частоте?

На статические характеристики асинхронного электродвигателя определяющее влияние оказывают момент сопротивления приводимого в движение механизма (механический момент M мех(Д)) и зависимости индуктивных сопротивлений от частоты.

3. Как определяются численные значения коэффициентов крутизны и регулирующих эффектов по статическим характеристикам электродвигателей?

Коэффициентами крутизны статических характеристик называют численные значения частных производных мощностей по соответствующим параметрам в именованных или относительных единицах:

Регулирующие эффекты определяют через эти же частные производные, выражая их в относительных единицах с той особенностью, что в качестве базисных величин принимаются значения параметров режима в рассматриваемых точках статических характеристик P₀, Q₀, U₀, f₀:

4. Как влияют на статическую устойчивость двигателя понижение напряжения при постоянной частоте и понижение частоты при неизменном напряжении?

При глубоком снижении напряжения питания электродвигателя может быть получен режим, когда зависимости механической и электромагнитной мощности имеют всего одну общую точку. Дальнейшее снижение напряжения приводит к останову двигателя вследствие нарушения статической устойчивости его работы.

Понижение частоты при постоянном напряжении вызывает снижение оборотов двигателя, что приводит к нарушению технологического процесса и снижению его мощности, что снижает статическую устойчивость двигателя.

5. Какие условия принимаются в качестве критериев статической

устойчивости асинхронного электродвигателя?

Предельному по статической устойчивости режиму электродвигателя с параметрами U_пр, f_пр, s_пр, соответствует известное условие:

Критическое скольжение s кр соответствует максимуму зависимости

P эм (s) и определяется из условия:

Критическое скольжение часто рассматривают как некоторое приближение к предельному, более удобное для анализа и расчетов.

При P мех  const предельное и критическое скольжения совпадают.