эльмаш

Таблица 1

Опытные данные

5. Обработка результатов эксперимента

5.1.Построение рабочих характеристик по экспериментальным данным

Для построения рабочих характеристик по экспериментальным данным необходимо рассчитать параметры двигателя, используя данные табл. 1 и расчетные формулы, приведенные ниже:

n = 60pf , s = ∆nn100%, n2 = n – ∆n,

где ∆n − скорость вращения звезды на торце вала. Полученные результаты расчетов занести в табл. 2.

51

5.2. Построение упрощенной круговой диаграммы По результатам исследований двигателя в режиме холостого хода

икороткого замыкания необходимо построить круговую диаграмму и, используя круговую диаграмму, определить рабочие характеристики асинхронного двигателя.

Для построения круговой диаграммы по данным холостого хода

икороткого замыкания следует определить значения углов φ0 и φк:

Круговая диаграмма строится при номинальном напряжении. Поэтому необходимо найти установившийся ток короткого замыкания, соответствующий номинальному напряжению:

Iêд = I1í U1í . U1ê

По найденному значению тока Iкд следует выбрать масштаб тока mi (А/мм) таким, чтобы диаметр круговой диаграммы был ориентировочно равен 200 мм:

mi = Iкд / 200 А/мм.

По вертикальной линии откладывают вектор приложенного напряжения U1 , от точки О откладывают в выбранном масштабе mi векторы токов İ0 и İкд и устанавливают положение точек А и К (рис. 2.12). Соединяют точки А и К прямой АК и восстанавливают из ее середины перпендикуляр Н1О1 до пересечения с линией АД, находят О1 – центр окружности токов. Радиусом, равным АО1, проводят окружность.

Итак, построена упрощенная круговая диаграмма асинхронного двигателя.

Характерные линии на круговой диаграмме:

АК – линия полезной мощности Р2 на валу двигателя; Ох (ось абсцисс) – линия подводимой мощности Р1; АТ–– линия электромагнитной мощности РЭМ.

При построении линии электромагнитной мощности АТ потери в обмотке статора и ротора следует принять равными, т. е. принять равными отрезки КК2= К2К1.

5.3. Методика определения основных величин для построения рабочих характеристик двигателя по круговой диаграмме Методика определения основных величин приведена ниже на при-

мере одной точки (точка В на рис. 2.13, 2.14).

52

U.1

K

Рис. 2.13. Определение по круговой диаграмме величины токов, мощности, потерь и момента на валу двигателя

55

56

Определение токов статора и ротора

Величина тока статора I1 определяется расстоянием от данной точки В до точки О (рис. 2.13):

I1В= ОВ mi.

Величина приведенного тока ротора I2" определяется расстоянием от данной точки В до точки А:

I"2B = АВ mi.

Определение мощностей, потерь и моментов

Для определения мощностей по круговой диаграмме рассчитывают масштаб мощности, вт/мм:

mp = 3U1ф mi,

а для определения моментов – масштаб моментов, Нм/мм: mм = mp /ω = mp p/2π f1,

где p – число пар полюсов двигателя; U1фн – номинальное фазное напряжение; f1 – частота сети.

Затем из точки В на круговой диаграмме опускается перпендикуляр на линию потребляемой мощности Ох и определяются:

1. мощность, подводимая к двигателю из сети:

Р1 = ВС mp; 2. электромагнитная мощность:

Рэм = ВF mp;

3. полезная мощность на валу двигателя:

Р2 = ВН mp; 4. мощность (потери) холостого хода:

∆Р0 = EC mp;

5. электрические потери в обмотке ротора: ∆Рэ2 = ∆Рэм – Р2 = HF mp; 6. электрические потери в обмотке статора:

∆Рэ1 = FЕ mp;

57

7.момент на валу двигателя:

М= ВF mм.

Определение коэффициента мощности cosφ1 и скольжения s

1. Для определения cos φ1 строят шкалу, для чего берут (см. рис. 2.14), например, отрезок of = 100 мм и этим радиусом проводят четверть окружности. Отрезок of на оси ординат называется шкалой cos φ1.

Точку пересечения тока статора (или его продолжения) с четвертью окружности сносят на ось ординат, т. е. на шкалу скольжения и находят значение cos φ1. Например, для точки В:

cos φ1= of1 / of= of1 / 100 = 0,8.

В рекомендуемой литературе приводятся и другие способы построения шкалы cos φ1.

2. Для определения скольжения строят шкалу скольжения s (рис. 2.14). Для этого проводят касательную Ak к окружности в точке А, в которой скольжение s = 0, а затем строят линию скольжения – km, параллельную линии АТ – линии электромагнитной мощности. Причем линию km располагают так, чтобы отрезок km удобно делился на 100 частей и точка m лежала на продолжении линии полезной мощности АК.

Для определения скольжения следует найти точку пересечения вектора приведенного тока ротора – İ2" или его продолжения с линией скольжения km. Скольжение в рассматриваемой точке В будет равно

s = kn / km = kn /100 = 0,04.

Определение КПД двигателя по круговой диаграмме

Коэффициент полезного действия η = Р2 / Р1, поэтому для любой точки окружности, характеризующей режим работы двигателя, описанным выше способом определяют Р1 и Р2 и рассчитывают КПД. Например, для точки В на рис. 2.13 η = Р2В / Р1В = ВН / ВС. Если отношение ВН / ВС > 0,8, то при определении КПД может быть допущена значительная ошибка. Поэтому КПД асинхронных двигателей обычно определяют расчетным путем по методике, изложенной в [1–4].

58

При определении КПД по круговой диаграмме часто строят шкалу η (рис. 2.14) в следующем порядке.

1.Продолжают линию полезной мощности Р2 вниз до пересечения

слинией, подводимой мощности Р1 в точке t.

2.Из точки t проводят линию tp, параллельную оси ординат, которая представляет собой линию суммарных потерь ∆Р∑ = 0 (η = 1).

3.Параллельно линии подведенной мощности Р1 (Ох) проводят отрезок pr до пересечения с продолжением линии полезной мощно-

сти Р2 (АК) в точке r на таком расстоянии от линии Р1, чтобы отрезок pr делился на 100 частей. Построенный отрезок pr – есть шкала КПД (η ). В точке r, лежащей на линии Р2 = 0, η = 0.

4.Для определения КПД при заданной нагрузке двигателя из точ-

ки t через конец вектора I1, соответствующего этой нагрузке, (через точку В) проводят прямую, в точке пересечения которой со шкалой η определяют КПД. Например, для точки В η = r q = 72 %.

Другие методы определения шкалы η описаны в [1–4].

Определение перегрузочной способности двигателя

Перегрузочная способность – отношение максимального момента двигателя к его номинальному моменту. Для определения максимального момента из точки O1 – середины линии АТ (рис. 2.13) восстанавливается перпендикуляр к линии электромагнитной мощности Рэм до пересечения с окружностью в точке G. Из этой точки опускается перпендикуляр на линию Р1 (Ох) и определяется максимальный момент

Мmax = GG1 mм.

Если номинальный режим на круговой диаграмме соответствует точке N, тогда кратность максимального момента (перегрузочная способность) соответственно будет равна

Км = Мmax / Мн = GG1 / NN1.

Используя вышеизложенную методику определения параметров двигателя, по круговой диаграмме определяют рабочие характеристики двигателя в диапазоне изменения тока статора от I0 до 1,2 Iн. Для этого в указанном диапазоне изменения тока выбирают 5–6 промежуточных точек (рис. 2.15) и для каждой из них находят параметры I1, P1, P2, η, s, cos φ1, n2, M2. Результаты заносят в табл. 3.

59

При оформлении отчета по лабораторной работе рабочие характеристики двигателя (I1; M2; cos φ) = f (P2), определенные по круговой диаграмме (табл. 3) и опытным путем (табл. 2), построить в одних координатных осях, а зависимости (P1; n; η) = f (P2) – в других.

В конце отчета необходимо объяснить характер построенных рабочих характеристик асинхронного двигателя.

Контрольные вопросы

1.Устройство и принцип действия асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором.

2.Методика проведения опытов холостого хода и короткого замыкания.

3.Методика построения круговой диаграммы.

4.Какие графики называют рабочими характеристиками трехфазных асинхронных двигателей?

5.Как по круговой диаграмме определяются основные величины для построения рабочих характеристик?

6.Определение перегрузочной способности двигателя и критического скольжения.

7.Объяснить, что такое КПД и коэффициент мощности трехфазного асинхронного двигателя? Как их определить по показаниям измерительных приборов?

8.Почему в режимах малой нагрузки значение коэффициента мощности асинхронного двигателя невелико?

9.Формула для расчета частоты вращения основного магнитного потока. С какой частотой изменяется ток в обмотках статора и ротора?

60