Учебное пособие 800401
.pdfПУСК И РЕВЕРСИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ
Пуск асинхронных двигателей небольшой мощности осуществляется простым включением в сеть.
Для изменения направления вращения ротора (реверсирования) необходимо изменить направление вращения магнитного поля, для этого меняют порядок чередования фаз статора. В производственных условиях это достигается при помощи двух магнитных пускателей при их раздельном включении (см. рис. 3.9). Для проверки реверсирования в лабораторных условиях достаточно поменять местами два любые линейные провода от сети, которые подключаются к клеммам U1, V1, W1 (С1, С2, С3) клеммной коробки двигателя.
Рис. 3.9 [6]
111
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА
Частота вращения ротора определяется выражением:
|
1- s |
2 f1 |
1- s или n n |
1- s |
60 f1 |
1- s . |
|
||||||
|
|
|||||
0 |
|
p |
0 |
|
p |
|
|
|
|
|
Возможны три метода регулирования частоты вращения:
1. Изменением частоты питающего напряжения f при помощи тиристорных преобразователей частоты ТПЧ:
При уменьшении частоты f1 < fн снижается ω0, а магнитный поток Ф увеличивается. Это приводит к глубокому насыщению магнитной цепи и увеличению намагничивающего тока Im, что вызывает снижение энергетических показателей двигателя (cosφ и η). Для того, чтобы поток Ф оставался постоянным, необходимо при изменении частоты f1 в той же кратности изменять напряжение, то есть U1/f1=const. На
рис. 3.10 приведены механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании при U1/f1 = const,
игде f1>f2>f3.
2.Регулирование частоты вращения двигателя при изме-
нении величины напряжения сети.
Этот способ характеризуется значительным уменьшением
критического момента
МКРи = МКРе(U1/U1н)2,
при сохранении постоянным критического скольжения.
При уменьшении напряжения можно построить семейство механических характеристик (рис 3.11) с различным значением максимального момента, но с постоянным значением кри-
112
тического скольжения sКР.
3. Изменением числа пар полюсов р.
Регулирование частоты вращения производится ступенчато и при постоянной мощности Р. Поэтому в производственных условиях этот способ находит ограниченное применение, в основном - в электроприводах металлорежущих станков, на судах и др.
U=U1н
Рис. 3.11 [3]
КПД И ПОТЕРИ МОЩНОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ C КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Асинхронный двигатель при работе потребляет из сети активную мощность
P1 = 3U1фI1фcos 1=√3U1ЛI1Лcos 1,
где U1ф – действующее значение фазного напряжения сети; I1ф – ток обмотки статора;
cos 1 – коэффициент мощности;
U1Л – действующее значение линейного напряжения; I1Л – линейный ток.
113
Часть этой мощности теряется в виде электрических потерь в активном сопротивлении обмотки статора (потери в
меди статора) ΔPм1 |
= 3r1 I2 . |
|
1 |
Часть мощности расходуется на потери в стали сердечника ротора Рс .
Оставшаяся часть мощности передается через воздушный зазор на ротор и называется электромагнитной мощностью
ΔPэм = P1 – Рм1 – Рс,
Эта мощность за вычетом потерь в активном сопротивлении обмотки ротора преобразуется в механическую мощность на валу двигателя
Pмех Pэм Pм2 .
Часть механической мощности теряется внутри двигателя в виде механических потерь Рмех. Это потери на трение в подшипниках, вентиляцию. Здесь же необходимо учесть и другие потери, которые называются добавочными –
Рдоб.
Полезная мощность на валу равна P M или
P = Pмех – Рмех – |
Рдоб. |
|
||||
В номинальном режиме: |
|
|||||
активная мощность, потребляемая из сети |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
P1í 3U1íô I1íô cos í 3Uí Ií |
cos í ; |
||||
мощность на валу двигателя Pн нMм , |
|
|||||
где н |
2 nн |
или |
Pн P1н - Pн ; |
|
||
|
|
|||||
60 |
|
|
|
|
|
номинальный коэффициент полезного действия
н Pн P1н - Pн .
P1н P1н 114
Номинальный КПД асинхронных двигателей имеет величину 0,7-0,95. Малые значения КПД относятся к двигателям малой мощности, большие - к двигателям большой мощности. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, близкой к номинальной [3].
РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ
Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называются функциональные зависимости s или n, I1, P или M, cos и η от Р2 при U1=U1н =const, f1=const.
Рабочие характеристики можно построить по экспериментальным данным или рассчитать. Рабочие характеристики дают возможность определять эксплуатационные свойства и наиболее экономичный режим работы двигателя.
Пример, построенных в прямоугольной системе координат, рабочих характеристик асинхронного двигателя приведен на рис. 3.12.
Рис. 3.12
Скоростной характеристикой называется зависимость n f (Р2 ) или s f (Р2 ) . На холостом ходу имеем, что s 0 или n n1(n0). При увеличении нагрузки на валу s растет и при но-
115
минальном режиме в двигателе нормального исполнения достигает величины sн 0,02 0,05. Эта зависимость почти прямолинейная. Частота вращения ротора в этом случае равна
n=(1 s) n1.
С изменением нагрузки от 0 до Рн частота вращения
уменьшается на 2 5 , то есть асинхронные двигатели имеют «жесткую» скоростную характеристику, как двигатели постоянного тока параллельного возбуждения.
Рассмотрим зависимость I1=f(P2). Асинхронные двигатели потребляют из сети значительный ток холостого хода, идущий в основном на создание магнитного потока
I0=(0,2 0,5)Iн. С увеличением Р2 вначале он растет почти линейно, затем крутизна кривой.
Аналогично изменяется и Р1=f(Р2), но потери холостого хода значительно меньше по сравнению с Рн.
Рассмотрим зависимость cos 1=f (P2). Для создания магнитного потока асинхронные двигатели потребляют из сети реактивную мощность. Соотношения между активной и реактивной мощностями оценивается коэффициентом мощности.
При холостом ходе активная мощность идет лишь на потери в двигателе, которые невелики, а реактивная мощность практически не зависит от режима работы (так как можно считать, что магнитный поток при изменении режима работы постоянен). Поэтому cos 0 0,2.
С |
увеличением Р2 активная мощность Р1 растет, а |
Q1 const, |
то cos 1 увеличивается и достигает максимального |
значения при Р2=Рн. Обычно cos н=0,8 0,9.
Неполная загрузка асинхронных двигателей является
одной из главных причин низкого cos промышленных предприятий, поэтому необходимо избегать длительных режимов работы асинхронных двигателей вхолостую или при небольших нагрузках.
Зависимость η f (Р2 ) имеет характерный для всех электрических машин вид. При холостом ходе η 0 . Затем КПД
резко возрастает и при Р2=0,5 0,7)Рн достигает максимума, а при дальнейшем увеличении Р2 несколько уменьшаются [10].
116
ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ
1.Изучить устройство, принцип действия, схемы подключения к сети и технические характеристики асинхронных двигателей.
2.Начертить электрические схемы включения обмоток статора для исследования двигателя (рис. 3.13 и 3.14), ознакомиться с назначением и устройством их элементов, а также с порядком сборки цепи.
Рис. 3.13
Рис. 3.14
117
3.По паспортным данным рассчитать номинальный момент исследуемого двигателя.
4.Подготовить таблицу для записи экспериментальных данных при исследовании двигателя в различных режимах.
5.Изучить порядок проведения исследований двигателя
вуказанных режимах.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
Объект исследования – асинхронный двигатель с корот-
козамкнутым ротором. |
|
Паспортные данные двигателя: тип |
4АА50В2УЗ, |
Uн / Y 220/380 В, Iн / Y 0,845/0,49 А, Рн=120 |
Вт, ηН 65%, |
nн=2718 об/мин, cos φ1Н=0,7.
1. Исследование двигателя при номинальном напряжении и соединении фаз обмотки статора звездой.
а) Собрать электрическую схему установки рис. 6.13.
б) Выполнить проверку правильности показаний приборов – вольтметра моментомера М и указателя частоты вращения n. Для этого:
-перевести рукоятки переключателей в положение АД;
-включить кнопку блока питания измерительных приборов;
в) Рукоятку ЛАТРа повернуть до предела против движения часовой стрелки, установив выходное напряжение ЛАТРа равным нулю. Произвести пуск двигателя в режиме холостого хода.
г) Включить источник питания тормоза (ЛАТР). Медленно вращая рукоятку ЛАТРа по часовой стрелке, увеличить тормозной момент электромагнитного тормоза, установив номинальный режим работы двигателя - при номинальном напряжении ток в амперметре должен быть равен номинальному (I=I1н).
Этому номинальному режиму соответствует номинальная частота вращения nн (указана в паспортных данных), которую необходимо выставить по указателю частоты вращения n (вольтметру) вращением отвёрткой рукоятки потенциометра в соответствующую сторону.
118
д) Снять механическую и рабочие характеристики двигателя при номинальном напряжении и соединении фаз обмотки статора звездой. Результаты измерений занести в табл. 3.1. Вначале провести исследования для номинального режима и все измеренные величины занести в столбец 7 табл. 3.1. Напряжение вольтметра моментомера Uмн, соответствует номинальному моменту Mн.
Дальнейшее регулирование тормозного момента производится рукояткой ЛАТРа. В столбце 1 табл. 3.1 момент М равен 0, что соответствует режиму холостого хода двигателя.
Измерено
Вычислено
Таблица 3.1
Номер опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
|
U1 |
В |
I1 |
А |
φ1 |
градусы |
|
|
UМ |
В |
M |
Нм |
n |
об/мин |
cos 1
ωрад/c
P1 Вт
P Вт
P Вт%
s
В столбец 10 заносятся значения с 1,25-кратной перегрузкой по отношению к номинальным значениям. Интервал моментов 0 – Мн, выраженный в напряжениях моментомера 0 – Uмн делится приблизительно равномерно и значения UМ заносятся в соответствующие строки по столбцам опытов 2-6 табл.
3.1.
119
По измеренному значению Uм необходимо вычислить соответствующее ему значение момента в Нм. При линейной зависимости U=f(M) устройства дистанционного измерения момента, справедливо равенство
M |
|
MН |
M |
UM MН |
k |
U |
|
|
|
|
М |
||||
UM |
UМН |
|
|
М |
|
||
|
UМН |
|
|
где М - значение вращающего момента двигателя при установленном нагрузочном режиме;
Uм - напряжение по измерителю момента, соответствующее данному моменту М;
kм- коэффициент момента, определяемый по Mн и
Uмн из соотношения kм = Mн /Uмн. е) Остановить двигатель.
ж) По данным табл. 3.1 построить:
- механическую характеристику двигателя при его работе на номинальном напряжении;
- рабочие характеристики двигателя n, s, P1, I1, М,
cos 1 , = f (P) .
2. Исследование двигателя при пониженном напряжении (U<Uн) и соединении фаз обмотки статора звездой.
Начала фаз обмотки статора двигателя соединяются с клеммами сети с напряжением 3~220 В.
Снять механическую характеристику n=f(M) двигателя при его работе на пониженном напряжении. Изменяя момент на валу двигателя с помощью ЭМТ, измерить значение скорости. Момент изменяют от 0. Необходимо следить затем, чтобы при увеличении нагрузки на валу скорость вращения ротора не стала меньше 2000 об/мин. Результаты измерения занести в табл. 3.2.
Построить механическую характеристику nи = f(М) двигателя при U<UН. на одном графике с естественной механической характеристикой.
120