Электрические машины

					КР.Элм.106452	Лист
Изм.	Лист	№ докум	Подпись	Дата

 

Введение

Асинхронные двигатели широко используются в промышленности благодаря  простоте их конструкции, надежности в  эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости.

Наиболее простыми в отношении  устройства и управления, надежными  в эксплуатации, имеющими наименьшую массу, габариты и стоимость при  определенной мощности, являются асинхронные  двигатели с короткозамкнутым ротором. Их масса на единицу мощности в 1,5-2,0 раза ниже, чем у машин постоянного  тока. Чаще всего асинхронные двигатели  применяются при невысокой частоте  включений, когда не регулируют частоту  вращения или возможно ступенчатое  её регулирование.

В установках, где требуется  регулирование частоты вращения в относительно небольших пределах, необходимы плавный пуск, хорошие  тормозные качества, ограничение  токов в переходных процессах  и т.д., находят широкое применение асинхронные двигатели с фазным ротором. Характерной особенностью этих двигателей является возможность  уменьшения с помощью реостатов  их пусковых токов при одновременном  увеличении пускового момента.

При выборе двигателя по мощности следует исходить из необходимости  его полного использования в  процессе работы. В случае завышения  номинальной мощности двигателя  снижаются технико-экономические  показатели электропривода, т.е. КПД  и коэффициент мощности. Если же нагрузка на валу двигателя превышает  номинальную, то это приводит к росту токов в его обмотках, а значит и потерь мощности выше соответствующих номинальных значений.

Для обоснованного выбора асинхронного двигателя необходимо знать, как изменяется нагрузка на валу двигателя во времени, что в свою очередь позволяет судить о характере  изменения потерь мощности. С целью  определения нагрузки двигателя  большинства производственных механизмов, строятся так называемые рабочие характеристики.

В данном курсовом проекте  будут рассчитаны параметры асинхронного двигателе А2-72-4 несколькими способами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные  данные асинхронного двигателя А2-72-4

 

Тип эв-ля	, A	,Ом	Опыт ХХ		Опыт КЗ		, кВт	, кВт
				,A		,В
А2-72-4	57.58	0.1204	1.5	11.5	2.7	44	0.6	0.15

 

Дополнительные параметры:

Число зубцов – Z=12.

Число катушечных групп на фазу – 2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Данные для построения развернутой и радиальной схем обмоток статора

Число зубцов, приходящихся на одну фазу:

 

По условию фазная обмотка  состоит из 2-ух катушечных групп, следовательно, число пазов на одну катушечную группу паза. Одна секция занимает 2 паза, следовательно, катушечная группа должна состоять из 2-ух последовательно соединенных и уложенных в соседних пазах секций.

Так как две катушечные группы могут быть расположены под  различными полюсами, то при расчете  расстояния между активными сторонами  секций, равные полюсному делению  , необходимо считать, что

Тогда зубцов.

Для того, чтобы из двух катушечных групп создать одну пару полюсов, необходимо две секции соединить последовательно и встречно.

 

 

 

 

 

 

2. Построение круговой диаграммы асинхронного двигателя

В произвольном направлении (вертикально) отложим вектор номинального фазного напряжения обмотки статора  в произвольном масштабе и через начало вектора проведем линию OE перпендикулярно вектору напряжения.

Строим вектор тока холостого  хода  (вектор OH) в выбранном масштабе = 1 A/мм под углом в сторону отставания от вектора напряжения.

 

Строим вектор тока короткого  замыкания  (вектор OK) под углом .

Соединив точки H и K через середину отрезка HK(точка C) проводим перпендикуляр к линии HK до пересечения с горизонтальной линией HD, проведенной перпендикулярно вектору .

Точка будет являться центром окружности токов, проведенной через точку H радиусом . Все векторы, проведённые от точки O к любой точке, находящейся на этой окружности, будут соответствовать фазным токам статора. Проведем в масштабе тока вектор ON, равный заданному фазному току статора так, чтобы конец этого вектора (точка N) лежал на окружности токов .

Соединив точку H с точкой N получим вектор HN, численно равный заданному приведенному значению тока ротора в номинальном режиме.

Опустив перпендикуляр из точки N на ось OE получим прямоугольный треугольник ONR, из которого определяется активная и реактивная составляющая номинального тока статора.

 

 

Определим с помощью круговой диаграммы токов следующие параметры: подведённую электрическую мощность Р₁, полезную механическую мощность Р₂, электромагнитный момент, коэффициент мощности , скольжение S и КПД η асинхронного двигателя для пяти значений тока, соответствующих 0,25; 0,5; 0,75; 1 и 1,25 . Для этого отрезок NA делим на 4 равные части: АА₁= А₁ А₂= А₂ А₃= А₃N=1/4AN и добавляем отрезок NA₄=1/4AN. Через точки А₁,  А₂,  А₃ и А₄ проводим линии, параллельные АК, до пересечения с окружностью токов. Получим точки В₁, В₂, В₃, N и В₄ , которые определяют векторы ОВ₁ (I₁), ОВ₂ (I₂), ОВ₃ (I₃), ОN (I_н) и ОВ₄ (I₄), соответствующие 0,25; 0,5; 0,75; 1 и 1,25 .

Подведённая мощность P₁=3U_фI_ф .

Так как U_ф=const, то P₁I_ф , т. е. подведённая электрическая мощность пропорциональна активным составляющим фазных токов. В таблице 1 для различных токов нагрузки показаны отрезки, пропорциональные мощности P₁. Эти отрезки измерены в «мм» и пересчитаны в «кВ», в соответствии с масштабом мощности

К_р= 3U_фm_I=3220m_I=660m_I [Вт] или К_р= 0,661 [кВт] = 0.66 .

На фрагменте круговой диаграммы ток увеличен в 3 раза, т.е. масштаб тока уменьшен в 3 раза и равнялся

Таблица 1.

		I1		I2		I3		Iн		I4
		мм	А	мм	А	мм	А	мм	А	мм	А
		19.4	19.4	30.8	30.8	43.6	43.6	57.58	57.58	72.7	72.7
P1	отрезок	В1в1		В2в2		В3в3		Nв		В4в4
	[мм]	15,4		27,7		40,4		53,7		67,7
	[кВ]	9		16,6		24,24		32		40,6
P2	отрезок	В1а1		В2а2		В3а3		NA		В4а4
	[мм]	13		24,6		36,2		47,9		59,5
	[кВ]	7,8		14,7		25,3		28,7		35,7
M	отрезок	B1m1		B2m2		B3m3		Nm		B4m4
	[мм]	12,3		25		37		49,9		63
	[Нм]	46		96		140		190		240
	Отношение отрезков	В1в1/ OВ1		В2в2/ OВ2		В3в3/ OВ3		Nв / ON		В4в4/ OВ4
	Отношение чисел	15,4/19,4		27,7/30,8		40,4/43		53,7/57,5		67,7/72,7
	величина	0,79		0,89		0,93		0,934		0,931
		0,84		0,88		0,896		0,89		0,87
S%	По шкале скольжений	1		1,8		2,9		3,9		5,15
		1485		1473		1456		1441		1422

 

Полезная мощность для различных токов определяется по вертикали, проведённой от концов векторов токов до линии полезной мощности, соединяющей точки H и K. В таблицу 1 внесены числовые значения полезной мощности в мм и кВт.

Электромагнитный момент M можно определить, построив линию электромагнитной мощности, которая одновременно является линией электромагнитного момента.

Для построения этой линии  на горизонтальной линии HD отложим в произвольном масштабе , пропорциональный реактивному сопротивлению короткого замыкания, а вертикально – в том же масштабе отрезок , пропорциональный активному сопротивлению фазы обмоток статора. Линия HQ, проходящая через точку является линией электромагнитной мощности (момента).

где . Угол был определён ранее при построении тока короткого замыкания.

Электромагнитный момент для различных токов нагрузки определяется по вертикали, проведённой  от концов векторов токов до линии электромагнитного момента.

В таблицу 1 внесены отрезки, пропорциональные электромагнитному моменту, длина этих отрезков (мм) и электромагнитный момент (Hм).

 

Следовательно, масштаб момента  m_M= m_р=.

[]= – частота вращения поля где а – число пар полюсов.

Коэффициент мощности определяется отношением активной составляющей тока к величине этого тока. В таблице определены отрезки для вычисления коэффициента мощности, их числовые значения в масштабе тока и величина коэффициента мощности.

Для определения скольжения на круговой диаграмме строим шкалу скольжений. Для этого откладываем вертикально отрезок HR произвольной длины, например, 150 мм и через точку R проводим линию RS параллельно линии электромагнитного момента до пересечения с линией полезной мощности. Получим треугольник HRS с известной стороной HR= 150 мм и прилежащими углами и , величины которых измерим транспортиром. Угол при вершине S: . По теореме синусов определяем сторону RS=RH

Отрезок RS делим на 100 равных частей и получаем шкалу скольжений в процентах.

Чтобы определить скольжение при какой-либо нагрузке, через точку H и конец соответствующего вектора тока проводим линию до пересечения со шкалой скольжения. Величину скольжения вносим в таблицу.

На круговой диаграмме можно  показать ток , соответствующий максимальному моменту . Для этого из точки опустим перпендикуляр на линию электромагнитного момента и продолжить его до пересечения с окружностью токов (точка Т). Вертикальный отрезок в масштабе момента определит максимальный (критический момент), а вертикаль – пусковой момент.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Аналитический расчет по схеме замещения

 

Определение параметров схемы замещения 

1. Полное сопротивление намагничивающей ветви

 

2. Коэффициент мощности в режиме холостого хода,

 

3. Активное сопротивление намагничивающей ветви

 

4. Реактивное сопротивление намагничивающей ветви 

 

5. Полное сопротивление в опыте Короткого замыкания 

 

6. Коэффициент мощности в опыте короткого замыкания

; 

7. Активное сопротивление короткого замыкания

 

8. Приведённое значение активного сопротивления ротора

 

9. Реактивное сопротивление короткого замыкания 

 

 

 

 

Расчетная схема замещения

В расчетной схеме замещения  реальная токовая нагрузка асинхронного двигателя представлена величиной  активного сопротивления . Выполним расчет для различных скольжений Приведём пример расчета для , а расчет для остальных значений скольжения сведем в таблицу.

10. Активная составляющая тока холостого хода

 

11. Реактивная составляющая тока холостого хода

 

При S=0,03

12. Сопротивление, потери мощности в котором равны механической мощности, развиваемой двигателем

 

13. Общее активное сопротивление рабочего контура 

 

14. Полное сопротивление рабочего контура

 

15. Коэффициент мощности рабочей цепи

;

16. Фазный ток рабочей цепи

 

17. Активная и реактивная составляющая тока

;  

18. Активная и реактивная составляющая фазного тока двигателя