Лабораторная работа №4 Исследование асинхронных машин

Данные опыта короткого замыкания

жүктеу/скачать 406,5 Kb.

бет	4/5
Дата	21.11.2023
өлшемі	406,5 Kb.
	#192591
түрі	Лабораторная работа

1 2 3 4 5

Байланысты:
asinxr.4 5144
1-15дәріс (1) (13) (4), 1-Сабақ Молекулалық кинетикалық теорияның негіздері қағидалары. Термодинамикалық параметрлер, 1 зертханалық жұмыс Өтпелі процесстер, МУ РГР ППвЭЭ казакша.

Обработка опытных данных

Данные опыта короткого замыкания¹

№ п/п

U_A

U_B

U_C

U_ср

I_A

I_B

I_C

I_ср

P_A

P_В

P_С

P_к

дел.

дел

Вт

1
2
3
4
5

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 Нм. Нагрузка изменяется в диапазоне (01.2) М_н. Номинальный момент определяется по паспортным данным двигателя
,

где n_н – 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 I_a – тока якоря и U_a – напряжения на обмотке якоря генератора постоянного тока. Изменение тока якоря осуществляют ступенчато с помощью R_н, поддерживая напряжение U_a=U_н реостатом R_вв цепи возбуждения (см. рис. 4.4). Диапазон изменения нагрузки 0I_aU_a=P_2н, где P_2н – номинальная мощность асинхронного двигателя (Вт).
Данные опыта нагрузки заносят в табл. 4.3.

Таблица 4.3

№ п/п	АД с к.з. ротором		АД с фазным ротором	U₁	I₁	P_A	P_В	P_С	P₁	n
№ п/п	U_A	I_A	М₂	дел.	дел.	дел.	дел.	дел.	дел.	об/мин
1 2 3 4 5 6

Обработка опытных данных

Характеристики холостого хода

По данным опыта строят зависимости I₁₀=f(U₁₀), P₀=f(U₁₀), cos₀=f(U₁₀), вычисляя cos₀ по формуле:

,
где U₁₀_ф, I₁₀_ф - 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 (0,250,5)I_Н (для сравнения – ток холостого хода трансформаторов (0,020,1)I_Н).
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 p_стВ²Ф²U²₁₀, механические потери в опыте холостого хода остаются неизменными, поэтому зависимость P₀=f(U₁₀) имеет вид, близкий к параболе.
Значение cos₀ 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, I₁₀_ф – значение фазного тока статора, r₁ – активное сопротивление фазы обмотки статора.

По полученным результатам строится зависимость р_мех+р_ст=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=(0,20,3)U_H, 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 Р_мех, равный механическим потерям.

По данным опыта холостого хода для точки, соответствующей U_н 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

I₁_K, P_K, cos_K=f(U₁_K).

Коэффициент мощности рассчитывают по формуле

,
где U_1кф, I_1кф - фазные значения соответственно напряжения и тока.

Зависимость I₁_К=f(U₁_К) несколько отклоняется от прямолинейной вследствие того, что х_К не остается постоянным, а уменьшается из-за насыщения зубцовой зоны полями рассеяния. По этой же причине зависимость cos_К=f(U₁_К) несколько возрастает.

Мощность, потребляемая в опыте короткого замыкания, идет в основном на покрытие электрических потерь в обмотках, поэтому зависимость P_К=f(U₁_К) имеет характер, близкий к параболическому.
По данным опыта короткого замыкания определяются Z_к, r_к и Х_к 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 n_н 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 М_вращ=М_ст. При увеличении тормозного момента (М_ст) 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 М_вращ=М_ст, 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 I₂_a - активная составляющая тока ротора.

Так как, с другой стороны,

,
то

где .
Таким образом, при Р₂=0, I₂_a>0; при увеличении Р₂ возрастает I₂_a, причем зависимость I₂_a=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 (cos₁) двигателя. При значительном увеличении Р₂ резко возрастает скольжение (и реактивное сопротивление х_₂), это приводит к некоторому уменьшению cos₁ 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 1,021,05 и угол  по абсолютной величине меньше 2.
При упрощенном анализе для двигателей при Р_Н>1 кВт полагают с₁1, 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=1,2s_H, т.е. в зоне устойчивой работы двигателя. Задаемся определенным значением скольжения (для конкретного случая s=s_H). По упрощенной Г-образной схеме замещения определяем I₀_a, I₀_p, I₀, I₂_a, I₂_p, I₂, I₁_a, I₁_p, 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=U_H;
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 I_1н.
Для определения пускового тока I_кн (тока короткого замыкания, соответствующего номинальному напряжению) спрямляем кривую тока I_1к и определяем U (см. рис. 4.7)
,
где U_1к определено для I_н, 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

U_н В	I₁₀ A	cos₀	I_1н А	I_1кн А	cos_к	r_к Ом	r₁ Ом

Построение круговой диаграммы следует вести в такой последовательности (рис. 4.5):

Выбрать масштаб тока m_I.
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 cos₁. Отрезок Of проградуировать от 0 до 1.
На шкале Of отложить отрезок, равный значению cos₁₀. Через эту точку провести горизонтальную линию до пересечения с линией cos₁ (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 cos_1к. Через полученную точку провести горизонтальную линию до пересечения с линией cos₁ (точка d). Соединить точку d с началом координат и на линии Od (или на ее продолжении) в выбранном масштабе отложить значение I_1к (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=r_к/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, cos₁ 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 cos₁ обозначена n.

При помощи выполненных построений определяют:

величину потребляемого тока I₁=m₁O5, A;
подводимую мощность P₁=m_p5m, Вт, где m_p=3U_нm_I;
мощность на валу двигателя P₂=m_p5а, Вт;
коэффициент мощности cos₁ как проекцию отрезка On на шкалу Of;
скольжение s как отношение отрезка At к АВ;

Момент на валу М₂m_M5a, где m_M=m_P/2n₁, n₁ измеряется в об/с.
Примечание. Точки 1,2,3,4,5 должны быть выбраны таким образом, чтобы I_1(т.5)1,5I_н.
Все величины, определяемые по круговой диаграмме для разных точек, заносят в табл. 4.5, а затем строят рабочие характеристики двигателя.

Таблица 4.5

Точки окружности токов	I₁ A	Р₁ Вт	Р₂ Вт	cos₁ о.е.	s о.е.	M₂ Нм	 %
1 2 3 4 5

жүктеу/скачать 406,5 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 2 3 4 5