Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы электропривода. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
Лабораторная работа № 3
3. Снятие искусственных характеристик А Д при пониженном
напряжении на статоре
3.1. Проводят аналогично снятию естественной характеристики, с той лишь разницей, что согласно п. 1.9 следует
выбрать режим работы инвертора «Независимое управление»
и резистором R31 задать номинальную частоту 50 Гц (прибор
«Частота, Гц»), а резистором R32 по прибору PV3 установить
не номинальное напряжение на статоре АД, а заданное. Например, 0,6U
или 0,4U
ном
, или другое значение, меньшее,
ном
чем номинальное.
3.2. Снять статическую характеристику АД при пониженном
напряжении на статоре. При этом все действия аналогичны действиям при исследовании естественной характеристики. Показания приборов BR1 (угловая скорость, рад/с), PA1 (ток якоря,
А), PV1 (напряжение на якоре, В), PA3 (ток статора, А) заносят
в таблицу 2.5.
4. Снятие искусственных характеристик АД при пониженной
частоте питающего напряжения
Проводят ана логично снятию естественной характеристики, с той лишь разницей, что согласно п. 1.9 резистором R31
по прибору «Частота, Гц» необходимо установить не номинальную частоту питающего напряжения, а заданную (меньше номинальной). Например, 0,6f
или 0,4f
ном
, или другое значение. По-
ном
казания приборов BR1 (угловая скорость, рад/с), PA1 (ток якоря,
А), PV1 (напряжение на якоре, В), PA3 (ток статора, А) занести
в таблицу 2.5.
5. Снятие искусственных характеристик АД при повышенной
частоте питающего напряжения
Проводят аналогично снятию искусственной характеристики при пониженном напряжении на статоре, с той лишь разницей, что резистором R31 по прибору «Частота, Гц» необходимо
установить не номинальную частоту питающего напряжения,
а заданную (выше номинальной). Например, 1,4f
или 1,8f
ном
ном
или дру гое значение, а на пряжение на вы ходе инв ер т о р а не должно превышать номинальное.
Показания приборов BR1 (угловая скорость, рад/с), PA1 (ток
якоря, А), PV1 (напряжение на якоре, В), PA3 (ток статора, А)
заносят в таблицу 2.5.
,
71
Лабораторные работы
ω
Р
2
6. Обработка результатов измерений
Вал исследуемого АД и вал нагрузочного ДПТ НВ механически соединены посредством муфты, следовательно, они имеют
на валу одинаковый по значению момент (соединение абсолютно
жесткое). Но если исследуемый электродвигатель работает в двигательном режиме, то у него момент на валу положительный,
в то время как нагрузочный ДПТ НВ работает в тормозном (генераторном) режиме работы и момент на его валу отрицательный.
Момент на валу нагрузочного ДПТ НВ определяют по формуле
М
,
(2.33)
где Р – мощность на валу ДПТ НВ, Вт; ω – угловая скорость
ДПТ НВ, рад/с .
Мощность на валу двигателя Р, Вт, определяют выражением:
P = UI – I2Rя, (2.34)
Примечание.
При расчете момента на валу А Д для естественной характеристики нужно учесть, что напряжение инвертора номинальное
не соответствует номинальному напряжению статора электродвигателя. Поэтому, чтобы экспериментально построить естественную механическую характеристику исследуемого АД, необходимо
момент на валу, рассчитанный через момент электромагнитный
ДПТ НВ умножить на коэффициент, равный квадрату отношения номинальных напряжений АД и инвертора
U
M Mk M M
еи и и
ном
U
и
220
127
2
.
(2.35)
По техническим данным электродвигателя рассчитать и построить естественную механическую характеристику в двигательном режиме.
По результатам опытов построить механические характеристики испытуемого электродвигателя (на одном графике с рассчитанной характеристикой).
1. Тема лабораторной работы.
2. Цель лабораторной работы.
72
Лабораторная работа № 4
3. Функциональная схема лабораторной установки (рис. 2.13).
4. Таблица 2.5 с результатами опытов и расчетов.
5. Механические характеристики исследуемого электродви-
гателя.
6. Выводы по результатам проделанной работы.
1. Поясните, что такое механическая характеристика АД.
Приведите ее графическое изображение и укажите на ней характерные точки.
2. Поясните понятие перегрузочной способности АД.
3. Перечислите способы регулирования координат ЭП с АД.
4. Поясните, от чего зависит скорость идеального холостого
хода АД.
5. Поясните понятие скольжения АД.
6. Поясните понятие естественной механической характеристики.
7. Запишите выражение естественной механической характеристики АД, поясните входящие в него параметры.
Цель: изучить режимы работы электродвигателей в ЭП; получить опытные данные для построения нагрузочных диаграмм;
освоить методику расчета эквивалентного статического момента
нагрузки.
Оборудование рабочего места: лабораторный стенд НТЦ-25;
перемычки; методические указания по выполнению лабораторной работы.
Для достижения экономичности и надежности работы ЭП
(и в целом всей рабочей машины) необходим тщательный под бор
электродвигателя. При создании (проектировании) новых ЭП
или модернизации уже существующих выбирают такие серийно
выпускаемые электродвигатели, которые обеспечивали бы наилучшее выполнение возлагаемых на них функций и соответствовали бы условиям работы ЭП и всей рабочей машины. Их
73
Лабораторные работы
паспортные (номинальные) данные (мощность, напряжение, ток,
частота и др.) должны быть близки к расчетным при работе данного ЭП, а конструктивное исполнение должно соответствовать
способу его размещения и условиям окружающей среды.
При использовании электродвигателя заниженной мощности его производительность может оказаться недостаточной
для данной рабочей машины, а срок службы двигателя может
существенно уменьшиться из-за превышения его допустимой
температуры. С другой стороны, при использовании электродвигателя завышенной мощности (более дорогого изначально), в нем
будут происходить дополнительные потери энергии в результате
работы с нагрузкой ниже номинальной.
Основой для расчета мощности и выбора электродвигателя
для ЭП является нагрузочная диаграмма и диаграмма скорости
(тахограмма) исполнительного органа рабочей машины.
Нагрузочная диаграмма рабочей машины представляет собой
зависимость приведенного к валу электродвигателя статического
момента нагрузки (или мощности) от времени – Мс(t). Ее рас-
считывают на основании технологических данных, характеризующих работу машин и механизмов, и параметров механической
передачи.
Нагрузочная диаграмма ЭП, как правило, не совпадает
с нагрузочной диаграммой рабочей машины вследствие наличия
инерционных масс (моментов инерции) и наклона механических
характеристик электродвигателей (жесткость β ≠ ∞).
На основании анализа режимов работы ЭП выделяют наиболее характерные, т. е. номинальные режимы работы для которых
проектируют и изготавливают электродвигатели.
В соответствии с ГОСТ IEC 60034-1-2014 «Машины электрические вращающиеся. Часть 1. Номинальные значения параметров
и эксплуатационные характеристики» установлено десять типовых режимов работы. Они имеют условное обозначение S1...S10.
Наиболее характерными для электроприводов промышленных
установок являются три режима S1...S3.
Типовой режим S1 (продолжительный) – это режим работы
электродвигателя с постоянной или переменной нагрузкой и продолжительностью, достаточной для достижения практически установившегося теплового состояния, т. е. состояния, при котором
превышения температур различных частей машины изменяются
74
Лабораторная работа № 4
не более чем на 2 °С в течение часа. На рисунке 2.14 показаны графики зависимости момента нагрузки Мс и температуры элек т р одвигателя Т от времени t для режима S1 с постоянной нагрузкой.
М
с
0
Т
Т
max
0
Рис. 2.14. Графики момента нагрузки и температуры в режиме S1
t
t
Типовой режим S2 (кратковременный) – это режим работы
при постоянной нагрузке в течение определенного времени (времени работы tP), недостаточного для достижения практически
установившегося теплового состояния, за которым следует состояние покоя (время паузы t0) длительностью, достаточной для того,
чтобы температура электродвигателя сравнялась с температурой
охлаждающей среды (рис. 2.15).
Типовой режим S3 (повторно-кратковременный периодический) представляет собой последовательность одинаковых рабочих циклов, каждый из которых включает в себя время работы
при постоянной нагрузке и время покоя (паузы) t0 (рис. 2.16).
Причем как рабочие периоды, так и паузы не настолько длительны, чтобы превышения температуры могли достигнуть установившихся значений.
75
Лабораторные работы
М
с
М
с
Мс = 0
0
t
р
t
0
t
Т
Т
max
0
t
Рис. 2.15. Графики момента нагрузки и температуры в режиме S2
М
с
М
с1
М
с2
Мс = 0
0
t
1
t
2
t
0
t
Т
Т
max
0
t
Рис. 2.16. Графики момента нагрузки и температуры в режиме S3
76
Лабораторная работа № 4
t
Мощность электродвигателя предварительно рассчитывают
исходя из на грузочной диаграммы механизма и режима работы ЭП.
Для ЭП, работающих в продолжительном режиме с постоянной нагрузкой, мощность электродвигателя определяют по формуле
kP
с
P
ном
,
η
п
(2.36)
где k – коэф фиц иент за па са мощ ности (k = 1,08...1,36); Pс – стати ческая мощность механизма, Вт; ηп – КПД передачи (ηп = 0,93...0,98).
Мощность электродвигателя, работающего в продолжительном режиме с перемен ной нагрузкой, можно рассчитать по эквивалентному статическому моменту
P
= kM
ном
М Mt
1
с.э с
i
t
ц
; (2.37)
с.эωном
n
2
,
ii
1
(2.38)
где tц – время цикла, с; Mсi – статический момент на i-м интервале нагрузочной диаграммы механизма, Н·м; ti – продолжительность i-го интервала, с; n – число интервалов в цикле.
Время цикла определяют по формуле
tц = tр + t0, (2.39)
где tр – продолжительность работы двигателя за время цикла, с;
t0 – время паузы, с.
При повторно-кратковременном режиме работы эквивалентный статиче ский момент рассчитывают за рабочее время, т. е.
без учета пауз, когда электродвигатель отключается от источника
питания
n
(ПВ) ,
М Mt
с.э с
1
t
2
ii
i
1
р
(2.40)
где ti – продолжительность i-го рабочего интервала, с; n – число
рабочих интервалов в цикле.
Продолжительность включения ПВ, %, двигателя определяют по формуле
ПВ 100 %.
р
t
ц
(2.41)
77
Лабораторные работы
В этом режиме время цикла не должно превышать 10 мин.
Если время цикла превышает 10 мин, то режим работы относится к продолжительному с переменной нагрузкой.
Рассчитанный эквивалентный статический момент ПВ следует привести к эквивалентному статическому моменту при стандартном ПВст = 15, 25, 40, 60 %
(ПВ ) (ПВ) .
ММ
с.э ст с.э
ПВ
ПВ
ст
(2.42)
При кратковременном режиме работы двигателей, отвечающих режиму S2, необходимо чтобы действительное время кратковременной работы tр было равно одному из стандартных значений времени t
= 10, 30, 60, 90 мин, для кото рого выполнен
р.ст
электродвигатель. Тогда электродвигатель выбирают из усло вия
1
2
р.ст
.М Mt
и P
, ближайшие к задан-
ном
(2.43)
Если tр ≠ t
с.э.ст с р
, то предварительно выбирают электродвигатель,
р.ст
t
р.ст
имеющий по ката логу значения t
ным значениям tр и M
с.э.ст
.
1. Собрать схему подключения ШИП и инвертора к сети
переменного тока (см. рис. 2.8), схему подключения напряжения
задания для ШИП (см. рис. 2.3), схему подключения напряжения
задания для инвертора (см. рис. 2.9).
2. Собрать схему подключения якоря и обмотки возбуждения
ДПТ НВ к ШИП для экспериментального исследования естественной характеристики (см. рис. 2.4).
3. Подключить стенд к трехфазной сети (включить три автоматических выключателя, расположенных в левой нижней части стенда – надпись «Сеть»). Перед включением стенда необходимо убедиться, что все тумблеры, управляющие включением
преобразователей, находятся в положении «Выключено», а также
на панели стенда присутствуют только необходимые для проведения данного опыта перемычки.
4. Включить ШИП обмотки возбуждения (тумблер в нижней части панели стенда, в окне «Скважность (возбуждение), %»)
и резистором R22 установить номинальный ток возбуждения
ДПТ НВ, равный 0,18 А, по прибору PA4.
78
Лабораторная работа № 4
5. Подключить релейно-контакторную схему управления
(включить тумблер SA70).
6. Подключить якорь ДПТ НВ к ШИП обмотки якоря (подключение якоря к ШИП осуществляется с помощью контактора К5, нап ряжен ие, на катуш к у которого подается нажатием кнопки управления SB74).
7. Задать симметричный режим работы ШИП обмотки якоря.
Для этого установить тумблер в положение «Симметр.» (тумблер
в нижней части панели стенда, в окне «Скважность (якорь), %»).
8. Включить ШИП обмотки якоря (тумблер в нижней части
панели стенда, в окне «Скважность (якорь), %»).
9. Разогнать исследуемый ДПТ НВ и резистором R21 установить номинальное напряжение на якоре ДПТ НВ по прибору PV 1,
при этом замерить угловую скорость ДПТ НВ по прибору BR1, ра д/с.
Функциональная схема лабораторной установки представле-
на на рисунке 2.10.
10. Выключить ШИП обмотки якоря (положение резистора R21 не изменять).
11. Выбрать режим работы инвертора (U – IR) / f = сonst
и резистором R31 задать частоту инвертора, равную нулю, (при-
бор «Частота, Гц»).
12. Подключить нагрузочный АД к инвертору. Для этого
предварительно тумблером SA71 задать схему включения обмоток
статора электродвигателя «треугольник». Затем с помощью магнитного пускателя K1 подключить АД к инвертору, нажав кнопку
SB70 «Вперед».
13. Плавно увеличивая частоту инвертора (прибор «Частота,
Гц»), с помощью резистора R31 разогнать АД до угловой скорости,
соответствующей скорости ДПТ НВ по п. 11. Контроль угловой
скорости провести по прибору BR1, рад/с.
14. Включить ШИП обмотки якоря (тумблер в нижней части
панели стенда, в окне «Скважность (якорь), %»).
15. Приступить к исследованию нагрузочных диаграмм ЭП.
Для этого, выполнив все действия согласно пп. 1–14, необходимо
снять параметры ряда точек (ток и угловую скорость) с различными нагрузками электродвигателя. Нагрузки электродвигателя можно задавать произвольно. Частоту на выходе инвертора
ступенчато задают в пределах от 0 до номинальной. Продолжительность каждого из участков работы электродвигателя с раз-
79
Лабораторные работы
личными нагрузками задает преподаватель отдельно для каждой
группы учащихся. Данные следует занести в таблицу 2.6.
Таблица 2.6
Результаты опытов по снятию нагрузочных диаграмм
Характе-
ристика
Режим S1 с
постоянной
нагрузкой
Режим S1 с
переменной
нагрузкой
Режим S2
Режим S3
Параметр
ω
I А
t мин
I2R
я
Р Вт
М Н∙м
ω
I А
t мин
I2R
я
Р Вт
М Н∙м
ω
I А
t мин
I2R
я
Р Вт
М Н∙м
ω
I А
t мин
I2R
я
Р Вт
М Н∙м
Единица
измерения
ра д /с
Вт
ра д /с
Вт
ра д /с
Вт
ра д /с
Вт
Нагрузка
1 2 3 4
Примечания.
1. При проведении исследований, уменьшая частоту инвертора, необходимо поддерживать ток возбуждения ДПТ НВ, равный
номинальному значению (прибор PA4 с помощью резистора R22),
так как в процессе работы ДПТ НВ происходит его нагрев и увеличение сопротивления обмотки возбуждения, что приводит при за-
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]