Лабораторная работа №4 Исследование асинхронных машин
Данные опыта короткого замыкания
жүктеу/скачать 406,5 Kb.
|
asinxr.4 5144
- Бұл бет үшін навигация:
- Обработка опытных данных
Данные опыта короткого замыкания1
Опыт нагрузки При проведении опыта нагрузки из схем рис. 4.3 и 4.4 исключают РНТ и ВК1, и обмотка статора через прибор К50 (К505) подключается (ВК) к сети с линейным напряжением 220 В. При исследовании асинхронного двигателя с фазным ротором возможны два режима нагрузки – при выведенном реостате в цепи ротора (естественный режим) и введенном реостате в цепи ротора (искусственный режим). Изменение нагрузки на валу осуществляется с помощью регулируемого электромагнитного тормоза, шкала которого проградуирована в Нм. Нагрузка изменяется в диапазоне (01.2) Мн. Номинальный момент определяется по паспортным данным двигателя , где nн – номинальная частота вращения в об/мин. При исследовании асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором возможны два режима работы при нагрузке: работа при номинальном напряжении (схема обмотки – «треугольник») и при пониженном напряжении (схема обмотки – «звезда»). Изменение нагрузки на валу АД осуществляется с помощью тормозного момента генератора постоянного тока, который в ходе эксперимента не измеряется. Величина этого момента впоследствии может быть рассчитана по измеренным в эксперименте величинам Ia – тока якоря и Ua – напряжения на обмотке якоря генератора постоянного тока. Изменение тока якоря осуществляют ступенчато с помощью Rн, поддерживая напряжение Ua=Uн реостатом Rв в цепи возбуждения (см. рис. 4.4). Диапазон изменения нагрузки 0IaUa=P2н, где P2н – номинальная мощность асинхронного двигателя (Вт). Данные опыта нагрузки заносят в табл. 4.3. Таблица 4.3
Обработка опытных данных Характеристики холостого хода По данным опыта строят зависимости I10=f(U10), P0=f(U10), cos0=f(U10), вычисляя cos0 по формуле: , где U10ф, I10ф - фазные значения соответственно напряжения и тока. На рис. 4.5 показан примерный вид характеристик асинхронного двигателя в режиме холостого хода. Зависимость I10=f(U10) при малых значениях подводимого напряжения имеет линейный характер. С увеличением напряжения сталь машины насыщается, при этом резко возрастает реактивная составляющая тока холостого хода, и кривая I10=f(U10) отклоняется к оси ординат. Из-за наличия воздушного зазора между статором и ротором ток холостого хода асинхронной машины имеет относительно большое значение (0,250,5)IН (для сравнения – ток холостого хода трансформаторов (0,020,1)IН). Мощность, потребляемая в режиме холостого хода асинхронной машиной, расходуется на покрытие потерь в меди (электрических), стали и механических. Электрические потери в обмотке статора пропорциональны квадрату тока I10, а потери в стали пропорциональны квадрату индукции pстВ2Ф2U210, механические потери в опыте холостого хода остаются неизменными, поэтому зависимость P0=f(U10) имеет вид, близкий к параболе. Значение cos0 с увеличением подводимого напряжения уменьшается. Это объясняется тем, что с ростом насыщения стали значительно возрастает реактивная составляющая тока холостого хода, По данным опыта холостого хода можно разделить механические и магнитные потери в асинхронной машине. Разделение потерь холостого хода показано на рис. 4.5. Сумма потерь в стали и механических для различных значений напряжения может быть определена как разность между полной мощностью, потребляемой машиной при холостом ходе, и электрическими потерями обмотки статора . Электрические потери вычисляются по формуле . Здесь m1 – число фаз обмотки статора, I10ф – значение фазного тока статора, r1 – активное сопротивление фазы обмотки статора. По полученным результатам строится зависимость рмех+рст=f(U10) (рис. 4.6а). Если эту кривую экстраполировать до пересечения с осью ординат, то она отсечет отрезок, соответствующий механическим потерям. Так как проведение опыта холостого хода заканчивается при U10=(0,20,3)UH, то начало кривой Р0=f(U10) будет находиться на значительном расстоянии от оси ординат, и описанный способ не даст достаточно точных результатов. Этот недостаток может быть устранен, если построить зависимость суммы механических и магнитных потерь от квадрата напряжения (рис. 4.6б), которая будет иметь вид прямой линии. Продолжая прямую до пересечения с осью ординат, получают отрезок Рмех, равный механическим потерям. По данным опыта холостого хода для точки, соответствующей Uн определяются параметры намагничивающей ветви схемы замещения . Характеристики короткого замыкания По данным опыта короткого замыкания строят характеристики короткого замыкания, примерный вид которых изображён на рис. 4.7 I1K, PK, cosK=f(U1K). Коэффициент мощности рассчитывают по формуле , где U1кф, I1кф - фазные значения соответственно напряжения и тока. Зависимость I1К=f(U1К) несколько отклоняется от прямолинейной вследствие того, что хК не остается постоянным, а уменьшается из-за насыщения зубцовой зоны полями рассеяния. По этой же причине зависимость cosК=f(U1К) несколько возрастает. Мощность, потребляемая в опыте короткого замыкания, идет в основном на покрытие электрических потерь в обмотках, поэтому зависимость PК=f(U1К) имеет характер, близкий к параболическому. По данным опыта короткого замыкания определяются Zк, rк и Хк схемы замещения . Параметры схемы замещения определяют по следующим выражениям: (когда r1 известно); (когда r1 не известно); ; Рабочие характеристики По данным эксперимента п.5 строят рабочие характеристики, примерный вид которых показан на рис. 4.8. Расчеты выполняют по следующим формулам: (для фазного ротора); (для короткозамкнутого ротора); ; ; , где n1 – синхронная частота вращения, получается путем округления nн до значения , где р=1,2,3,4. (для короткозамкнутого ротора). При построении механических характеристик двигателя M2=f(s) или n=f(M2) используют данные таблицы 4.3 и вышеприведенные формулы. Поведение рабочих характеристик можно объяснить на основании следующего анализа. Уравнение равновесия моментов на валу двигателя имеет вид где J – момент инерции ротора. Рис. 4.8. Рабочие характеристики Для установившегося режима работы двигателя Мвращ=Мст. При увеличении тормозного момента (Мст) нарушается равновесие моментов на валу, появляется отрицательный динамический момент, и частота вращения двигателя уменьшаются, а скольжение возрастает, при этом растут ЭДС и ток в роторе, что приводит к увеличению момента, развиваемого двигателем. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока вновь не установится равновесие Мвращ=Мст, но уже при другом значении n. Динамический момент при этом равен нулю, так как . Полезный момент и мощность на валу связаны зависимостью . Так как с ростом нагрузки n уменьшается, то М2 возрастает быстрее, чем Р2, а график М2=f(P2) несколько отклоняется к оси ординат. Связь между током в обмотке ротора и моментом, развиваемым двигателем, описывается уравнением , где I2a - активная составляющая тока ротора. Так как, с другой стороны, , то где . Таким образом, при Р2=0, I2a>0; при увеличении Р2 возрастает I2a, причем зависимость I2a=f(P2) отклоняется к оси ординат, так как при этом n уменьшается. Ток I1, потребляемый из сети, больше тока в роторе на величину тока холостого хода. Поэтому зависимость I1=f(P2) также несколько отклоняется к оси ординат. Зависимость Р1=f(P2) несколько отклоняется к оси ординат за счет увеличения электрических потерь в обмотках двигателя. Выше было показано, что при увеличении нагрузки на валу возрастает активная составляющая тока в обмотке ротора, это приводит к повышению коэффициента мощности (cos1) двигателя. При значительном увеличении Р2 резко возрастает скольжение (и реактивное сопротивление х2), это приводит к некоторому уменьшению cos1 двигателя. Вид зависимости = f(P2) определяется соотношением между постоянными (потери в стали и механические) и переменными (электрические) потерями. КПД достигает максимума при равенстве постоянных и переменных потерь. Расчет рабочих характеристик по схеме замещения Для определения рабочих характеристик расчетным путем или расчёта рабочей точки следует Т-образную схему замещения преобразовать в Г-образную (рис. 4.9). Появившийся в результате этого преобразования комплексный коэффициент имеет модуль 1,021,05 и угол по абсолютной величине меньше 2. При упрощенном анализе для двигателей при РН>1 кВт полагают с11, что существенно облегчает расчеты и мало сказывается на точности полученных результатов. Г-образная схема замещения при с1=1 называется упрощенной схемой замещения с вынесенным намагничивающим контуром. Рабочие характеристики строятся в диапазоне от s=0 до s=1,2sH, т.е. в зоне устойчивой работы двигателя. Задаемся определенным значением скольжения (для конкретного случая s=sH). По упрощенной Г-образной схеме замещения определяем I0a, I0p, I0, I2a, I2p, I2, I1a, I1p, I1, а также значения углов 0, 1, 2. Далее определяются: П отребляемая мощность, ; Электрические потери в обмотках статора ; Электрические потери в обмотках ротора ; Потери холостого хода (по данным опыта холостого хода) для точки, соответствующей U10=UH; Добавочные потери, ; Суммарные потери, ; Коэффициент полезного действия ; Полезная мощность на валу, ; Полезный момент, ; Номинальный момент ; Коэффициент мощности . Коэффициент полезного действия двигателя в номинальном режиме определяется по формулам 1-7, приведенным выше, где для точки I1н. Для определения пускового тока Iкн (тока короткого замыкания, соответствующего номинальному напряжению) спрямляем кривую тока I1к и определяем U (см. рис. 4.7) , где U1к определено для Iн, как показано на рис. 4.7. Перед построением круговой диаграммы составляем таблицу исходных данных, взятых из характеристик холостого хода и короткого замыкания. Таблица 4.4
Построение круговой диаграммы следует вести в такой последовательности (рис. 4.5): Выбрать масштаб тока mI. Построить оси координат. Ось ОХ является линией подведенной мощности Р1. На оси OY отложить отрезок Of, кратный 10, и радиусом Of провести окружность, которая является линией cos1. Отрезок Of проградуировать от 0 до 1. На шкале Of отложить отрезок, равный значению cos10. Через эту точку провести горизонтальную линию до пересечения с линией cos1 (точка h). Соединить точку h с началом координат и на линии Oh (или на ее продолжении) в выбранном масштабе отложить значение I10 (точка Н). На линии Of отложить отрезок, равный значению cos1к. Через полученную точку провести горизонтальную линию до пересечения с линией cos1 (точка d). Соединить точку d с началом координат и на линии Od (или на ее продолжении) в выбранном масштабе отложить значение I1к (точка К). Соединить точки Н и К прямой, на середине которой отложить точку М. Прямая НК является линией полезной мощности Р2. Из точки Н провести прямую, параллельную ОХ. Линия НС является линией мощности холостого хода Р0. Из точки М восстановить перпендикуляр к линии НК до пересечения с прямой НС в точке О1 (центр окружности). Из точки О1 радиусом О1Н описать окружность, которая должна пройти через точку К. Из точки К опустить перпендикуляр на линию ОХ и отметить точки К1 и К2. Прямую КК2 разделить на две части в отношении КК2/К2К3=rк/r1. Через точку К3 провести НТ – линию электромагнитного момента. Для построения линии скольжения поступают следующим образом. Через точку Н провести прямую, параллельную оси OY. От точки Н на линии НТ (или ее продолжении) отложить отрезок, удобно делящийся на 100 частей, и из конца этого отрезка восстановить перпендикуляр к оси ОХ о пересечения с линией НК (или ее продолжением, точка В). Через точку В провести прямую, параллельную оси электромагнитной мощности (линия АВ). Отрезок АВ градуируют от 0 до 1. Построение рабочих характеристик с использованием круговой диаграммы На окружности токов отметить несколько точек (1,2,3,4,5). Эти точки соединить с началом координат. Из отмеченных точек опустить перпендикуляры на ось ОХ и отметить точки пересечения этих перпендикуляров с линиями полезной, электромагнитной, потребляемой мощностей. Ниже приведен пример определения Р1, Р2, I1, s, cos1 и т.д. для точки 5. Из точки 5 опущен перпендикуляр на ОХ и получены точки a, l, g, m. Из точки Н проведена прямая через точку 5 до пересечения с прямой АВ в точке t. Точка пересечения прямой О5 (или ее продолжения) с линией cos1 обозначена n. При помощи выполненных построений определяют: величину потребляемого тока I1=m1O5, A; подводимую мощность P1=mp5m, Вт, где mp=3UнmI; мощность на валу двигателя P2=mp5а, Вт; коэффициент мощности cos1 как проекцию отрезка On на шкалу Of; скольжение s как отношение отрезка At к АВ; Момент на валу М2mM5a, где mM=mP/2n1, n1 измеряется в об/с. Примечание. Точки 1,2,3,4,5 должны быть выбраны таким образом, чтобы I1(т.5)1,5Iн. Все величины, определяемые по круговой диаграмме для разных точек, заносят в табл. 4.5, а затем строят рабочие характеристики двигателя. Таблица 4.5
жүктеу/скачать 406,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||