Исследование влияния напряжения питающей сети на режим работы асинхронного двигателя по механическим характеристикам

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«БРАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

Лабораторный практикум по дисциплине

“Электрический привод”

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа № 5

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ НА РЕЖИМ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ПО МЕХАНИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил                                                                                     

ст. гр. ЭП-10        Поляков О.Н.

 

 

Руководитель

Доцент  каф.  ЭиЭ Шакиров В.А.

 

Цель работы: оценка влияния напряжения питающей сети на работу асинхронного двигателя с помощью механических характеристик.

 

 

Краткие теоретические сведения

Отклонения  напряжения  оказывают  значительное  влияние  на  работу  асинхронных  двигателей

(АД), являющихся  наиболее распространенными приемниками  электроэнергии в промышленности.

При  отклонении  напряжения  изменяется  механическая  характеристика  АД - зависимость  его

вращающего момента М от скольжения s или угловой скорости ω (см. рис. 1).

 

Рис.1. Механические характеристики АД при отклонении напряжения

 

Из рисунка видно, что пусковой момент снижается от Мпе до МП1 при понижении напряжения до 0,8UH и до Мп2 при снижении напряжения до 0,6UH. Следовательно, снижение напряжения ухудшает условия пуска двигателя, так как малый пусковой момент обуславливает малый динамический момент:

Чем меньше динамический момент Mj тем большее время понадобится для пуска АД. Если же пусковой момент Мn станет меньше МС то пуск при данных условиях станет невозможным.

Аналогичное уменьшение наблюдается для критического момента - от Мке до Мк2. Критический момент пропорционален квадрату напряжения питающей сети, что видно из выражения:

       (5.1)

где U1 - действующее значение напряжения, приложенного к одной фазе обмотки статора, ω0 - угловая скорость поля статора; R1 - суммарное активное сопротивление фазы статора; R’2 - суммарное активное сопротивление фазы ротора, приведенное к числу витков обмотки статора. X1, X’2 -индуктивные сопротивления рассеяния соответственно фазы обмотки статора, обмотки ротора (приведенное к числу витков обмотки статора);

Исходя из выражения (1) можно получить:

         (5.2)

где Мке - критический момент при номинальном напряжении, Н*м; U1 - линейное напряжение питания асинхронного двигателя; UH - номинальное линейное напряжение питания асинхронного двигателя.

Зная, во сколько раз изменилось напряжение, можно определить критический момент в новых условиях по критическому моменту Мке

При значительном снижении напряжения на выводах двигателей, работающих с полной нагрузкой, момент сопротивления механизма может превысить критический момент, что приводит к «опрокидыванию» двигателя, т.е. к его остановке. Например, на рисунке 1 - при снижении напряжения до 0,8 UH момент критический Мк1 еще превышает момент сопротивления МС , работа двигателя продолжается. При снижении напряжения до 0,6 UH момент критический Мк2 становится меньше МС , поэтому двигатель останавливается.

Во избежание повреждений двигатель необходимо отключить от сети.

Для двигателей, работающих с полной нагрузкой, понижение напряжения приводит к уменьшению частоты вращения. Например, на рисунке 6.2 при снижении напряжения от U1 до U2 скорость двигателя уменьшилась от ω1 до ω2.

Рис. 2. Механические характеристики АД при отклонении напряжения

 

Если производительность механизмов зависит от частоты вращения двигателя, то на выводах таких двигателей рекомендуется поддерживать напряжение не ниже номинального.

Из рисунков 1 и 2 видно, что при отклонениях напряжения критическое скольжение остается неизменным на уровне sKe.

Практический интерес представляет зависимость потребляемой двигателем активной и реактивной мощности от напряжения на его выводах. В случае снижения напряжения на зажимах двигателя реактивная мощность намагничивания уменьшается (на 2-3 % при снижении напряжения на 1 %), при той же потребляемой мощности увеличивается ток двигателя, что вызывает перегрев изоляции.

 

Лабораторная установка

 

 Перечень аппаратуры лабораторной работы №5

 

Таблица 1. Перечень аппаратуры лабораторной работы

Наименование	Обозначение	Код	Параметры
Трехфазный источник питания	G1	201.2	~ 400 В / 16 А
Регулируемый автотрансформатор	G2	18.1	220/0..240 В 2 А ~
Машина постоянного тока (МПТ)	G4 (МПТ)	101.2	90 Вт / 220 В / 0,56 А (якорь) / 2x110 В/0,25 А (возбуждение)
АД с короткозамкнутым ротором	Ml	106	Рном=120 Вт/ Uном 380 В / nном= 1350 мин-1
Выпрямитель	А1	22	Трехфазный мост 3x400 В /2 А
Трёхфазная трансформаторная группа	А2	347.1	3x80 ВА; 230 В/242,235, 230, 226, 220, 133, 127 В
Автоматический трехполюсный выключатель	QF1	360	~ 440 В / 10 А
Активная нагрузка	А10	306.1	220 В / 3x0...50 Вт;
Блок мультиметров	PI	508.2	3 мультиметра 0...1000 В / 0...10А / 0...20 МОм
Измеритель мощностей	Р2	507.2	15; 60; 150; 300; 600 В 0,05; 0,1; 0,2; 0,5 А.
Указатель частоты вращения	РЗ	506.2	-2000...0...2000 мин 1

Принципиальная схема лабораторной установки приведена на рис. 3.

Рис. 3. Принципиальная схема лабораторной установки

 

Испытуемый асинхронный двигатель Ml получает питание через выключатель QF и трехфазную трансформаторную группу А2 от трехфазного источника питания G1. Механическую нагрузку для АД создает машина постоянного тока G4(MПT) в генераторном режиме. Нагрузкой G4(MПT) служит активная нагрузка А10. Питание обмотки возбуждения осуществляется от источника G2 через выпрямитель А1.

С помощью мультиметра блока Р1 контролируется ток статорной обмотки испытуемого двигателя М1.

С помощью измерителя Р2 контролируются активная мощность, потребляемая испытуемым двигателем Ml.

 

1.Определение механической характеристики двигателя при напряжении 380В:

Таблица 2.

I, A	0.39	0,39	0,39	0,4	0,4
P, Вт	39	60	80	100	105
n, об/мин	1460	1440	1420	1400	1390

 

Используя данные табл.2. вычисляем значения угловой частоты вращения w двигателя М1 по выражению:

        (5.3)

Вычислим угловую скорость двигателя для каждого значения частоты n

          (5.4)

Таблица 3.

M, Н·м	0,51	0,91	1,30	1,67	1,76
ω, рад/с	152,89	150,79	148,70	146,60	145,56

 

2. Определение механической характеристики двигателя при напряжении 220В:

 

Таблица 4.

I, A	0,18	0,21	0,24	0,27	0,30	0,33	0,38
P, Вт	17	37	48	58	65	75	96
n, об/мин	1450	1390	1340	1310	1280	1230	1170

 

Определяем величины электромагнитного момента:

Таблица 5.

M, Н·м	0,28	0,64	0,83	1,00	1,10	1,27	1,61
ω, рад/с	151,84	145,56	140,32	137,18	134,04	128,80	122,52

 

3. Определение механической характеристики двигателя при напряжении 133В:

 

Таблица 6.

I, A	0,10	0,14	0,17	0,20	0,23	0,27	0,30
P, Вт	10	18	22	26	32	38	41
n, об/мин	1420	1360	1300	1220	1170	1060	980

 

Определяем величины электромагнитного момента:

Таблица 7.

M, Н·м	0,18	0,31	0,38	0,44	0,53	0,61	0,65
ω, рад/с	148,70	142,41	136,13	127,75	122,5	111,0	102,6

 

По результатам трех опытов строим механические характеристики для всех трех напряжений.

 

Построение графика по паспортным данным двигателя.

Порядок расчёта.

1. Номинальная скорость двигателя определяется по формуле:

        (5.5)

где n номдвигателя представлено в таблице 6.1.

2. Номинальный момент определяется по формуле:

          (5.6)

где  Мном  – номинальный  момент,  Н·м;  Pном  – номинальная  активная  мощность, Вт;  Данные представлены в таблице 1.

3. Критический  момент  двигателя  определяется  по  паспортным  данным  путем  выражения  из  известной кратности критического момента:

         (5.7)

4. Угловая скорость поля статора, рад/с:

         (5.8)

где p –число пар полюсов АД, равно 2.

5. Номинальное скольжение определяется  по формуле:

        (5.9)

6. Критическое скольжение определяется  по формуле:

     (5.10)

Для построения механической характеристики необходимо, задаваясь значениями скольжения от 0 до 1 с шагом не более 0.1, определять значения скорости ωпо формуле (6.11) и момент по формуле (6.12). При построении следует использовать таблицу 6.4.

Таблица 6.4

7. Скольжение двигателя определяется  по формуле:

         (5.11)

8. Момент двигателя определяется  по формуле Клосса:

          (5.12)

При  использовании  формулы  (5.12)  необходимо  учитывать,  что  обмотки  АД  соединены  в  звезду,  а значит номинальное линейное напряжение Uн=380 В. В первом эксперименте подается напряжение 380 В, а значит Мк определяется из формулы (5.7) и равно Mке.

Во  втором  эксперименте  подается  220  В,  что  отражается  на  критическом  моменте  Мк.  Значения  Мк

необходимо уточнить при построении характеристик при помощи формулы

где  Mке  – критический момент  при  номинальном  напряжении,  Н·м;  U1  – линейное  напряжение  которое

подается на АД во время эксперимента; Uн –номинальное линейное напряжение асинхронного двигателя.

В третьем эксперименте также необходимо уточнение Мк для значения напряжения 133 В.

 

Рис 4. Механические характеристики АД

 

Вывод: изучили  механические характеристики асинхронного двигателя с регулированием скорости путем изменения питающего напряжения.

Братск 2013