Рисунок 2.1– Круговая диаграмма асинхронной машины.

2.2 Определение по круговой диаграмме значений мощностей и потерь мощностей двигателя в номинальном режиме

2.2.1 Определение номинальной точки (рис. 2.2).

1. Построить точку номинального режима (N), для этого из точки «0» в масштабе токов построить вектор номинального тока статора , так, чтобы конец этого вектора (точка «N») лежал на окружности.

2. Для определения приведенного значения номинального тока ротора соединить точки «Н» и «N».

Значение приведенного номинального тока ротора равно

.

3. Для определения активной и реактивной составляющей номинального тока статора из точки «N» на ось абсцисс опустить перпендикуляр . Из полученного треугольника Δ 0Nа определить:

– активную составляющую номинального тока статора ;

– реактивную составляющую номинального тока статора .

2.2.2 Определение мощностей и потерь мощностей двигателя в номинальном режиме (рис. 2.2).

1) Подведенная мощность Р_1н прямо пропорциональна активной составляющей тока статора (Р_1н ≡ І_1а), тога

где m_р – масштаб мощности, Вт/см.

m_р = 3 · m_рІ · U_1нф.

2) Полезную мощность (мощность на валу электродвигателя) Р_2н определить отрезком , измеренным от точки «N» до точки пересечения с линией полезной мощности

.

4. Электромагнитная мощность Р_эм определить отрезком , измеренным от точки «N» до точки пересечения с линией электромагнитной мощности

.

5. Значения электрических потерь мощности в обмотках статора и ротора, соответственно ΔР_эл1 и ΔР_эл2 пропорциональны отрезкам и:

;

.

6. Значение магнитных потерь мощности пропорционально отрезку

L

Рисунок 2.2 – Круговая диаграмма асинхронного двигателя

2.3 Определение по круговой диаграмме значений коэффициента мощности, коэффициента полезного действия и скольжения в номинальном режиме

2.3.1 Определение коэффициента мощности (рис. 2.2).

Для определения коэффициента мощности cosφ₁ на оси ординат построить полуокружность с диаметром 10см. Отрезок является шкалой коэффициента мощностиcosφ₁. Для заданного тока значение коэффициента мощности определяется

2.3.2 Определение коэффициента полезного действия (рис. 2.2).

1) Для построения шкалы коэффициента полезного действия продлите линию полезной мощности (линию ) до пересечения с осью абсцисс в точке «L». Постройте шкалу к.п.д., проведя отрезок между продолженными вниз линиями полезной мощности и суммарных потерь, параллельно оси абсцисс.

2) Для определения значения к.п.д. проведите прямую линию до пересечения со шкалой к.п.д. в точке «р», тогда

2.3.3 Определение скольжения (рис. 2.2).

1) Для построения шкалы скольжения провести касательную в точке «Н» со скольжениемs = 0.

2) Провести линию параллельно линии электромагнитной мощности () на таком расстоянии, чтобы отрезок(он расположен между линиейи продолжением линии) удобно делился на 100 частей.

3) Для определения значения скольжения продолжить линию до пересечения со шкалой скольжения в точке «r», тогда отрезок =s.

2.4 Определение по круговой диаграмме значений максимального электромагнитного момента, кратностей пускового момента и пускового тока.

2.4.1 Определение электромагнитного момента при номинальной мощности двигателя (рис. 2.2):

Электромагнитный момент М_н пропорционален отрезку , тогда

где – масштаб момента,Нм/см.

2.4.2 Определение максимального момента (рис. 2.2).

1) Для этого из точки О’ опустить перпен­дикуляр на линию электромагнитной мощности (линия ) и продолжить его до пересечения с окружностью токов (точка «Е»). Из точки «Е» проводят прямую, параллельную оси ординат, до пересечения с линией электромагнитной мощности (точка «D»). Тогда отрезок в мас­штабе моментов определит значение максимального момента:

M_max = m_М .

2) Кратность максимального момента определяется отношением:

2.4.3 Определение пускового момента (рис. 2.2).

1) Для этого опустить перпендикуляр из точки «К» на ось абсцисс в точке «К₁». Пусковой момент пропорционален отрезку :

M_П = m_М .

2) Кратность пускового момента определяется отношением:

2.4.4 Определение пускового тока (рис. 2.2).

Пусковой ток обмотки статора І_П пропорционален отрезку :

I_П = m_I.

Для оценки точности построения круговой диаграммы сравните паспортные основные энергетические показатели асинхронного двигателя с данными полученными по круговой диаграмме (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Сравнение расчетных паспортных данных.

2.5 Определение по круговой диаграмме и построение рабочих характеристик двигателя.

Для построения рабочих характеристик асинхронного двигателя необходимо воспользоваться упрощенной круговой диаграммой. Рабочие характеристики, представляющие собой зависимости тока статора (I₁), электромагнитного момента (М₂), потребляемой мощности (Р₁), КПД (), коэффициента мощности (cos), частоты вращения (n₂), скольжения (s) от полезной мощности (Р₂).

При определении этих зависимостей необходимо изменять Р₂ (I₁) в диапазоне от холостого хода до максимальной полезной мощности Р_2max в пределах P₂*=0;0,25;0,5;0,75;1,0;1,25.

Величина P_2max находится проведением перпендикуляра из центра окружности к линии полезной мощности, проходящей через точки на окружности, соответствующие s = 0 и s = 1.

Найденные с помощью круговой диаграммы значения запишите в таблицу 2.2.

На основании полученных данных, сведенных в таблицу 2.2, строятся рабочие характеристики I₁ = f (P₂); М₂ = f (P₂); Р₁ = f (P₂);  = f (P₂); cos = f (P₂); s = f (P₂); n₂ = f (P₂); на миллиметровой бумаге в выбранном масштабе.

Таблица 2.2

Рисунок 2.3 – рабочие характеристики для асинхронного двигателя серииАИР56В2У3

3 Анализ пусковых и перегрузочных свойств асинхронного двигателя при неноминальных параметрах питающей сети

3.1 Расчет и построение механической характеристики по каталожным данным.

Механическая характеристика представляет собой зависимость угловой скорости от момента ω = f(М) при U_1Н = const и f₁ = const.

3.1.1. Построение графика ω = f(М) по пяти характерным точкам:

- точка 1 с координатами (ω =0, M = М_П ), что соответствует пуску АД с моментом равным пусковому М_П = µ_П · M_H;

- точка 2 с координатами (ω = ω_min , M = М_min ), что соответствует режиму работы АД со скольжением s_min = 0,7...0,9 (среднее значение s_min ≈ 0,8), на котором в механической характеристике АД наблюдается минимальный электромагнитный момент;

ω_min = ω₁ · (1– s_min); М_min = µ_min · M_H;

- точка 3 с координатами (ω = ω _max, M= М _max), что соответствует режиму работы АД с максимальным (критически) скольжением s _max и максимальным (критическим) моментом;

ω _max = ω₁ · (1– s _max);

М _max = µ _max · M_H;

- точка 4 с координатами (ω = ω_Н, M = M_H), что соответствует номинальному режиму работы АД с номинальной угловой скоростью;

; ;

- точка 5 с координатами (ω = ω₁, M = 0), что соответствует режиму вращения ротора АД с синхронной скоростью (идеальный холостой ход АД);

.

Результаты расчета занесите в таблицу 3.1.

Таблица 3.1 – Данные механической характеристики по пяти точкам

3.2 Расчет и построение механической характеристики по уравнению Клосса

Расчет провести по уравнению относительного момента (уравнение Клосса). Обычно используется уточненное уравнение относительного момента при а = 1.

;

М _max = µ _max · M_H;

;

;

;

ω = ω₁· (1– s);

.

Рассчитайте механическую характеристику асинхронного двигателя для скольжений: s = 0; s_Н; 0,1; s_max; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

Данные расчета сведите в таблицу 3.2

Таблица 3.2 – Данные механической характеристики по уравнению Клосса

По данным таблицы 3.2 постройте в масштабе механическую характеристику на одной координатной плоскости с механической характеристикой, построенной по пяти точкам.

3.3 Расчет и построение механической характеристики при неноминальных параметрах питающей сети.

В соответствии с требованиями Регистра допускается кратковременное снижение напряжения судовой сети на 10% и частоты на 5% от номинального значения, что возможно при набросах нагрузки на судовую электростанцию.

В связи с этим представляет интерес расчет и анализ механических характеристик ω=f(М) асинхронного двигателя отдельно при напряжении U = 0,9·U_н и частоте f = 0,95 · f_н, а затем при одновременном уменьшении напряжения и частоты до U = 0,9·U_н и f = 0,95 · f_н.

3.3.1. Напряжение питающей сети снизилось на 10%.

При снижении напряжения питающей сети увеличивается скольжение, частота вращения падает и пропорционально квадрату напряжения уменьшается перегрузочная способность двигателя М_тах. Кроме того, уменьшается результирующий магнитный поток Ф_т. С увеличением скольжения увеличивается частота ротора s₂ и ток ротора I₂. В соответствии с этим при больших нагрузках на валу электрические потери активной мощности возрастают, а КПД и cosφ двигателя уменьшаются.

Механическую характеристику рекомендуется рассчитать, пользуясь упрощенной формулой Клосса.

.

Значения критического момента при отклонении напряжения определяется по формуле:

.

Рассчитайте механическую характеристику асинхронного двигателя для скольжений: s = 0; s_н; 0,1; s_max; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

Данные расчета сведите в таблицу 3.3

Таблица 3.3 – Данные механической характеристики при пониженном напряжении

По данным таблицы 3.3 постройте в масштабе механическую характеристику.

3.3.2. Циклическая частота питающей сети снизилось на 5%.

При снижении циклической частоты питающей сети уменьшится частота вращения магнитного поля и ротора двигателя. При уменьшении частоты питающей сети магнитный поток Ф_т и намагничивающий ток I₀ увеличатся, что приведет к снижению cosφ двигателя.

Механическую характеристику рекомендуется рассчитать, пользуясь упрощенной формулой Клосса.

Значения критического момента и критического скольжения при отклонении циклической частоты определяются по формулам:

.

.

При этом следует иметь в виду, что индуктивное сопротивление зависит от частоты питающей сети f₁,

;

.

Рассчитайте механическую характеристику асинхронного двигателя для скольжений: s = 0; s_Н; 0,1; s_max; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0.

Данные расчета сведите в таблицу 3.4

Таблица 3.4 – Данные механической характеристики при изменении циклической частоты

По данным таблицы 3.4 постройте в масштабе механическую характеристику.

3.3.3. Напряжение питающей сети снизилось на 10% и циклическая частота на 5 %.

Рассчитайте механическую характеристику двигателя по методике п. 3.3.1 и 3.3.2 Результаты расчета сведите в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 – Данные механической характеристики при изменении напряжения и циклической частоты

По данным таблицы 3.5 постройте в масштабе механическую характеристику.

По результатам проведенных аналитических исследований сделать вывод, для этого провести сравнительный анализ механических характеристик при номинальных параметрах питающей сети и при их отклонении.

Список литературы

ОСНОВНАЯ

1 Брускин Д. Э. Электрические машины: В 2-х ч. Ч. 1./ Д.Э. Брускин , А.Е. Захарович , В.С. Хвостов – М.: Высш. шк., 1987. – 319 с.

2. Вольдек А. И. Электрические машины./А.И. Вольдек. – Л.: Энергия, 1978. – 832 с.

3. Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов./ И.П. Копылов – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 360 с.: ил.

4. Мезин Е.К. Судовые электрические машины. Учебник для вузов./ Е.К. Мезин. - Ленинград: Судостроение, 1985. –443 с.

5. Читечян В.И. Электрические машины: Сб. задач./ В.И. Читечян. – М.: Высш. шк., 1988. - 231 с.

6. Копылов И. П. Справочник по электрическим машинам / И. П. Копылова и Б. К. Клокотова, т. 1. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 456 с.

7. Безменникова Л.Н. Методические указания по выполнению лабораторных. работ для студентов направления 6.0922 "Электромеханика" спец. 6.092200 "Электрические системы и комплексы транспортных средств". / Л.Н. Безменникова. – Керчь: КГМТУ, 2013. – 20 с.

8. Матеух Е.И. Методические указания для практических занятий и самостоятельной работы студентов направления 6.0922 "Электромеханика" спец. 6.092200 "Электрические системы и комплексы транспортных средств". / Е.И. Матеух. – Керчь: КГМТУ, 2008. – 76 с.

9. Матеух Е.И., Дворак В.Н. Метод. указ. по вып. курсовой работы для студ. направл. 6.0922 "Электромеханика" спец. 6.092200 "Электрические системы и комплексы транспортных средств"./ Е.И. Матеух – Керчь: КГМТУ, 2010. – 12 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

10. Хвостов В.С. Электрические машины. / В.С. Хвостов. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 336 с.

11. Домбровский В.В. Асинхронные машины. / В.В. Домбровский. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 364 с.

12. Копылова И.П. Проектирование электрических машин / И.П. Копылова. – М.: Энергия, 1980. - 495 с.

Приложение 1

Керченский государственный морской технологический университет Кафедра «Электрооборудование судов и автоматизация производства» курсовая работа

по дисциплине _______________________________________________

на тему:____________________________________________________

Студента _______ курса _______ группы

направление подготовки_______________

специальность _______________________

____________________________________

(Ф.и.о.)

Руководитель _____________________­­­___

____________________________________ (должность, ученое звание, научная степень, Ф.и.о.)

Национальная шкала________________________

Количество баллов:___­___ оценка: ECTS_______

Члены комиссии:_________________________________

(подпись) (Ф.и.о.)

_______________________________________________

(подпись) (Ф.и.о.)

_______________________________________________

(подпись) (Ф.и.о.)

г. Керчь – 20__ год

Приложение 2

Керченский государственный морской технологический университет

Кафедра «Электрооборудование судов и автоматизация производства»

Задание на курсовую работу по теме «Асинхронные двигатели»

студенту_________________________________________________________

Срок сдачи курсовой работы_________________________________________

Исходные данные:

1.Тип двгателя

2. Номинальная мощность двигателя, кВт Р_н =

3. Номинальное линейное напряжение, кВ U_н =

4. Номинальная частота вращения, об/мин n_н =

5. Номинальная частота сети питания, Гц f_1н = 50

6. Активное сопротивление фазы обмотки статора при 20⁰ С R₁₍₂₀⁰₎ =

7. Коэффициент поленого действия , % η_н =

8. Коэффициент мощности, у.е. cos φ_н =

9. Ток холостого хода, А І_о =

10. Мощность холостого ходу, кВт P_о =

11. Мощность короткого замыкания, кВт P_к =

12. Линейное напряжение короткого замыкания, В U_кл =

13. Кратность максимального момента µ_max = M_max/M_ном =

14. Кратность пускового момента µ_п = M_п/M_ном =

15. Кратность минимального момента µ_min = M_min/M_ном =

1. Содержание расчетно-пояснительной записки:

Вступление.

Раздел 1Определение параметров упрощенной схемы замещения асинхронногодвигателя.

1.1Определение технических характеристик двигателя попаспортным данным.

1.2 Расчет параметровупрощенной схемы замещения асинхронногодвигателя.

Раздел 2 Анализ электромагнитных характеристик асинхронного двигателя по круговой диаграмме.

2.1 Построение круговой диаграммы.

2.2 Определение по круговой диаграмме значений мощностей и потерь мощностей двигателя в номинальном режиме.

2.3 Определение по круговой диаграмме значений коэффициента мощности, коэффициента полезного действия и скольжения в номинальном режиме.

2.4 Определение по круговой диаграмме значений максимального электромагнитного момента, кратностей пускового момента и пускового тока.

2.5 Определение по круговой диаграмме и построение рабочих характеристик двигателя.

Раздел 3 Анализ пусковых и перегрузочных свойств асинхронного двигателя при неноминальных параметрах питающей сети.

3.1 Расчет и построение механической характеристики по каталожным данным.

3.2 Расчет и построение механической характеристики по уравнению Клосса.

3.3 Расчет и построение механической характеристики при неноминальных параметрах питающей сети.

Выводы.

2. Графическая часть. Круговая диаграмма асинхронного двигателя.

Календарный план выполнения работы

Дата выдачи задания __________________

Руководитель ____________________________________доц. Л.Н. Безменникова

^{(подпись)}

Задание получил _____________________ _____________________________

^{(подпись) (Ф.и.о.)}

Приложение 3

Приложение 3