Указания к выполнению работы. Лабораторная установка состоит из асинхронного двигателя, генератора постоянного тока и регулируемой нагрузки.

 

Лабораторная установка состоит из асинхронного двигателя, генератора постоянного тока и регулируемой нагрузки.

Подключением различных ступеней нагрузного реостата изменяем нагрузку на генераторе и тем самым загрузку асинхронного двигателя. Снимая показания приборов находим зависимости оборотов, коэффициента мощности, напряжения, тока, мощности потребления с сети от загрузки двигателя.

Опытные данные заносим в таблицу.

 

Параметры	Опыт
UA
UB
UC
UCP
IA
IB
IC
ICP
PA
PB
PC
PCP
Uген
Iген
Iв ген
Рн
Pсети
cos φ
ηдв
Mвд

 

-16-

 

Где -напряжение на обкладных конденсаторах

- угловая частота тока ( =50Гц)

-активная мощность приёмника.

К.П.Д. двигателя:

где — К.П.Д. двигателя;

— мощность потребляемая нагрузкой;

— суммарная мощность потребляемая из сети

 

 

— напряжение на фазах A, B, C;

— среднее значение напряжения;

— ток на фазах A, B, C;

— среднее значение тока;

— мощность потребляемая фазами A, B, C;

— среднее значение мощности;

— напряжение генератора;

— ток генератора;

— ток возбуждения генератора;

— коэффициент мощности;

— момент двигателя

 

-5-

 

Типичные механические характеристики для различных двигателей приведены на рис. 1.

 

Рисунок 1

Основным показателем, которым оцениваются механические характеристики являются жесткость β дв. и определяется как производная.

, (2)

В зависимости от жесткости механические характеристики подразделяются на четыре основных вида:

 

1. Абсолютно жесткая характеристика (рис. 1 прямая 1) соответствует двигателям, работающим при строго постоянной частоте вращения (синхронные двигатели) машины постоянного тока смешанного возбуждения со встречной последовательной обмоткой.

 

2. Жесткая или шунтовая характеристика (рис. 1. прямая 2 (β→∞) соответствует трехфазному асинхронному двигателю с малым сопротивлением ротора на участке АВ (рис. 1) шунтовуму двигателю постоянного тока. У этих двигателей незначительное изменение частоты вращения сопровождается значительным изменением момента.

 

-6-

 

3. Мягкая или сериесная характеристика (рис. 1 кривая 3) (β→0) свойственна двигателям, у которых значительное изменение частоты вращения сопровождается относительно небольшим возрастанием или убыванием момента.

Такими двигателями являются сериесный и компаундный двигатели с преобладанием последовательной обмотки, а также трехфазный асинхронный двигатель с большим сопротивлением ротора.

 

4. Поднимающиеся или возрастающая характеристика, при которой момент с возрастанием частоты вращения также растет (рис. 1 кривая 4). Такую характеристику имеет компаудный двигатель постоянного тока с преобладающей встречной последовательной обмоткой, а также асинхронный двигатель на участке ЛК (рис. 1).

 

Тормозные режимы асинхронных двигателей.

 

Асинхронный двигатель наряду с его основной работой может быть использован и в тормозных режимах: генераторном (с рекуперацией энергии), противовключением (с изменением полярности, тормозной пуск) и динамическом.

Механические характеристики при работе в различных режимах приведены на рис. 2. Участки механических характеристик прямого вращения (1 квадрант) и обратного вращения (III квадрант) представляют двигательный режим, а их продолжение в другие квадранты соответствует различным тормозным режимам.

 

Генераторный режим, или режим торможения с отдачей энергии в сеть (рекуперация энергии) осуществляется при частоте вращения ротора двигателя выше синхронной (n>n0). Такой режим может быть получен только под действием момента,

 

 

-15-

 

тарифу за электроэнергию в зависимости от значения коэффициента мощности.

Основной причиной низкого в электрических установках является недостаточная загрузка двигателей, трансформаторов, генераторов вследствие неправильного подбора по мощности(завышение мощности) или неправильной эксплуатацией (неполная загрузка рабочих машин).

Для повышения коэффициента мощности эектродвигателей необходимо:

1.Правильно подбирать двигатель к рабочей машине и обеспечить полную загрузку двигателя по мощности.

2.Исключить работу на холостом ходу.

3.При небольших длительных нагрузках- меньше 0,3..0,4 номинальной- целесообразно переключать двигатель на «звезду» если его нормальная работа осуществляется при соединении обмоток по схеме «треугольник».

4.Применять по возможности более скоростные двигатели и двигатели защищенного исполнения. Для искусственного повышения коэффициента мощности можно использовать синхронные компенсаторы (синхронные двигатели, работающие с перевозбуждением) или статические конденсаторы, ёмкостной нагрузкой.

5.Использовать синхронный компенсатор которым может являться синхронный электродвигатель работающий в перевозбужденном режиме.

В последнем случае ёмкость конденсаторов, необходимая для повышения коэффициента мощности со значением до можно определить для трехфазной нагрузки из выражения

, (20)

 

-14-

 

Полная мощность одной фазы:

При передачи одной и той же активной мощности значение определит величину протекающего тока:

, (19)

Которая в свою очередь определяет:

1) выбор сечения проводов, осуществляется по длительно допустимому току нагрузки (больше ток - больше сечение):

2) потери напряжения в линиях электропередачи и потери мощности (причем потери мощности пропорциональны квадрату тока). Необходимость снижения этих потерь до допустимых значений приводит к вынужденному увеличению сечения проводов и кабелей.

3) выбор мощности трансформаторных подстанций и электростанций, т.к. , это одна и та же активная мощность потребителя требует при низком больше значение установленной мощности трансформаторов и генераторов.

Кроме того, снижение активной мощности генераторов при низком ведет к неиспользованию первичных двигателей, их работе с низким к.п.д., перерасходу топлива.

Следовательно, экономически выгодно иметь более высокое значения коэффициента мощности.

Наилучшее использование электрооборудования достигается при

В связи с этим электроснабжающие организации ведут борьбу за повышение коэффициента мощности установок как путём разъяснения экономической выгоды, его высокого значения, так и путём применения шкалы скидок и надбавок к

-7-

 

приложенного к валу асинхронного двигателя от постоянного источника. (рис. 2)

(Пример: использование асинхронного двигателя в качестве генератора – тормоза на стенде ГОСНИТИ-СТЭУ-168 для обкатки и испытания тракторных двигателей после ремонта).

Механические характеристики этого режима располагаются в квадранте IV в случае перехода в режим торможения из двигательного режима прямого вращения и в квадранте II при переходе из режима обратного вращения.

Рисунок 2

Торможение противовключением осуществляется двумя способами:

а) в режиме тормозного спуска,

б) путем переключения на ходу двух фаз обмоток статора.

В режиме тормозного спуска (рис. 2) асинхронный двигатель работает тогда, когда будучи включенным для вращения в одну строну, он под действием нагрузки вынужден вращаться в другую. Механические характеристики соответствующие этому режиму, расположены в квадранте II (рис. 2) при схеме двигательного режима прямого вращения и в квадранте IV при схеме обратного вращения.

 

-8-

 

Торможение противовключением, получаемого путем переключения двух фаз обмотки статора (рис. 2) основано на том, что в результате переключения фаз изменяется направление вращения магнитного поля. Создается тормозной момент в соответствии с механическими характеристиками, расположенными в IV и II квадранте (рис. 2). Частота вращения ротора при этом уменьшается. При уменьшении частоты вращения ротора двигателя до минимального необходимо отключить двигатель от сети, иначе произойдет реверс, т.е. ротор начнет вращаться в противоположную сторону. А так как переключение двух фаз обмотки статора на ходу двигателя сопровождается резким увеличением тока в обмотке статора и ротора, токовыми перегрузками, то этому переключению должно обязательно предшествовать введение в цепь ротора дополнительного сопротивления.

При переводе асинхронного двигателя в режим динамического торможения двигатель отключают от сети. и в обмотку статора подают постоянный ток. а обмотку замыкают на регулируемое внешнее сопротивление R. Так как в обмотке статора проходит ток, потому наводится магнитное поле. В обмотках все еще вращающегося ротора возникает переменный ток, взаимодействие которого с магнитным полем статора создает тормозной момент. На величину этого момента влияют величины намагничивающей силы статора (величина тока) частота вращения ротора и сопротивление цепи ротора.

Механические характеристики режима динамического торможения приведены на рис. 2 в квадрантах IV и II. Они проходят через начало координат, так как при частоте ротора равной нулю (n=0) тормозной момент в этом режиме тоже равен нулю.

Величина максимального тормозного момента пропорциональна квадранту приложенного к статору напряжения и не зависимо от сопротивления цепи ротора R. Зато R – определяет величину скольжения, при котором получается максимум момента.

-13-

 

,(14)

Текущая частота вращения электродвигателя может быть выражена через номинальную частоту приближенно следующим образом:

, (15)

, (16)

Тогда предыдущее уравнение, определяющее приведенный момент сопротивления рабочей машины или механизма, запишется:

(17)

 

Одним из наиболее важных показателей использования установленной мощности источников и потребителей электроэнергии переменного тока является коэффициент мощности.

Коэффициент мощности показывает, какую часть от полной (кажущейся) мощности составляет активная мощность и математически определяется по формуле:

 

, (18)

Где: -полная (кажущаяся) мощность, КВА;

-реактивная мощность, кВАР

-активная мощность, кВТ

 

 

-12-

 

Механическую характеристику электродвигателя и соответственно следует построить в Ньютоно-метрах.

Затем необходимо построить механическую характеристику рабочего механизма .

При определении численных значений для построения механической характеристики механизма надо принять изменение момента сопротивления по следующей зависимости:

, (13)

где — номинальный момент сопротивления механизма, значения, которого приведены в табл. 1:

— начальный момент сопротивления вращающегося механизма (без учета момента трения покоя), который можно принять равным 0,2 ;

— показатель степени для вентилятора ;

— номинальная частота вращения, рабочей машины, при которой момент сопротивления равен номинальному;

—текущая частота вращения машины.

После построения механической характеристики электродвигателя следует также построить механическую характеристику электродвигателя .

 

-9-

 

Построение механической характеристики можно производить по различным формулам. При выполнении лабораторной работы необходимо пользоваться выражением:

, (3)

где S — текущее скольжение, равное отношению:

, (4)

где — синхронная частота вращения;

— частота вращения ротора электродвигателя;

— максимальный вращающий момент электродвигателя (критический).

Максимальный вращающий момент может быть определен по номинальному вращающему моменту номинальной скорости вращения и кратности максимального момента (значения которых приводятся в каталогах) последующему соотношению:

,Н*м, (5)

где — номинальная мощность на валу электродвигателя в ваттах;

— номинальная частота вращения электродвигателя об/мин;

— кратность максимального момента:

 

-10-

 

, (6)

Номинальный вращающий момент электродвигателя может быть определен по формуле

, Н*м, (7)

где —, номинальная частота вращения

, (8)

где — частота питающей сети;

— число пар полюсов.

Критическое скольжение, соответствующее максимальному вращающему моменту электродвигателя, может быть определено по выражению

, (9)

где — номинальное скольжение, соответствующее номинальной частоте вращения электродвигателя.

 

Значения вращающего момента, полученные расчетным путем по уравнению (1) для скольжения больших критического (для S=1;..0,8 и др.), не точны, поэтому при графическом построении, механической, характеристики электродвигателя необходимо внести поправки, считая за истинные данные, приведенные в.; каталогах (табл. 1). Это в первую очередь относится к пусковому моменту.

 

 

-11-

 

При совмещении в одних.координатных осях механической характеристики рабочей машины или механизма с механической. характеристикой электрического двигателя, когда номинальная частота вращения рабочей машины и номинальная частота вращения вала электродвигателя не совпадают, т.е. когда имеет место установка редуктора, моменты сопротивления, механизма, и должны быть приведены к частоте вращения ротора электродвигателя соответственно по соотношениям:

, (10)

и

, (11)

где - передаточное число, равное , (12)

— номинальная частота вращения вала ротора электродвигателя;

— номинальная частота вращения вала рабочей машины:.

— коэффициент полезного, действия передачи.

Следовательно, приведенный момент сопротивления рабочей машины или механизма следует определять по соотношению