5605 АД с фазным ротором


Министерство образования и науки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Курсовая работа
Расчет рабочих и пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором.
Вариант №4 Тип двигателя – 4АК200М4У3
Выполнил :
Студент группы ЭМ-12бз Зильберг А.Ю.
Проверил профессор ФК:
Огарков Е.М.
ВВЕДЕНИЕ.
Электрические машины применяются на данный момент практически во всех отраслях промышленности и в быту. Существует большое разнообразие электрических машин, которые различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения.
Электрические машины являются преобразователем, который может преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот. Машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую называются генераторами. Машины, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую называются двигателями.
Расшифровка условного обозначения двигателя:

1. Исходные данные.
Вариант № 4. Тип двигателя – 4АК200М4У3.
Частота сети f1, Гц 50
Номинальное напряжение фазы статора U1H, В220
Синхронная частота вращения n0, об/мин 1500
Номинальная мощность на валу Р2Н, Вт 22000
Номинальный КПД ηН, о.е. 0,9
Номинальный коэффициент мощности, cos φH 0,87
Номинальный ток ротора I2H, А 45
Напряжение на кольцах неподвижного ротора U2, В340
Перегрузочная способность двигателя (отношение макс. момента к номинальному) mk, о.е. 4,0
Номинальное скольжение SH, о.е. 0,025
Критическое скольжение Sk, о.е. 0,22
Приведенное индукт.сопротивлениецепинамагничивания 2,5
Приведённое активное сопротивление фазы статора 0,024
Приведённое активное сопротивление фазы статора 0,050
Приведённое активное сопротивление фазы ротора 0,026
Приведённое индуктивное сопротивление фазы статора 0,075
Внутренний диаметр статора d, мм 238
Отношение момента сопротивления к номинальному Мс, о.е. 0,9
Таблица 1.1 – Исходные данные.
Расчет рабочих и пусковых характеристик асинхронного двигателя осуществляется с использованием Г-образной схемы замещения.

Рис. 1.1 – Г-образная схема замещения асинхронного двигателя.
1.1. Номинальная активная мощность, потребляемая двигателем из сети:


1.2. Номинальный ток фазы статора:


2. Подготовительные расчеты.
2.1. Потери в стали.
При расчете рабочих характеристик потери в стали можно принять равными 20% от общих потерь при номинальной нагрузке.


2.2. Механические потери:


2.3. Добавочные потери:


2.4. Базовое сопротивление:


Сопротивление необходимо для пересчета сопротивлений схемы замещения из относительных единиц в Ом.
2.5. Пересчет сопротивлений схемы замещения из относительных единиц:




2.6. Активное и индуктивное сопротивление фазы обмотки статора:




2.7. Активное сопротивление цепи намагничивания, обусловленное потерями в стали:


2.8. Коэффициент приведения Г-образной схемы замещения:


2.9. Электромагнитная мощность двигателя при номинальной нагрузке:


2.10. Число пар полюсов двигателя:
;
2.11. Угловая скорость вращения магнитного поля:


2.12. Электромагнитный момент двигателя при номинальной нагрузке:


2.13. Номинальный момент на валу двигателя:


2.14. Потери в обмотке ротора при номинальной нагрузке:


2.15. Ток холостого хода:




2.16. Ток главной цепи схемы замещения при номинальной нагрузке:




2.17. Номинальный ток фазы статора:




2.18. Потери в обмотке статора при номинальной нагрузке:


2.19. Приведенная ЭДС фазы неподвижного ротора:


2.20. Реальная ЭДС фазы неподвижного ротора:


2.21. Коэффициент трансформации двигателя:

2.22. Мощность холостого хода:


2.23. Номинальная мощность, потребляемая из сети:


2.24. Номинальный ток ротора:


2.25. Сопротивление ротора при рабочей температуре:


2.26. Номинальный КПД:


2.27. Номинальный коэффициент мощности:


2.28. Критическое скольжение:


2.29. Критический момент:


2.30. Отношение критического момента к номинальному:


3. Расчет рабочих характеристик.
Рабочими характеристиками асинхронного двигателя являются зависимости от полезной мощности . Эти характеристики рассчитываются с использованием Г-образной схемы замещения.
3.1. Задаемся скольжением с интервалом 0,1SН в диапазоне (0,1SН - 1,5SН). При каждом из этих скольжений выполняем расчеты по пунктам 3.2. – 3.13. Скольжение 0,0001SН очень близко к нулю, следовательно, результаты расчета при этом скольжении соответствуют режиму холостого хода двигателя.
3.2. Сопротивления главной ветви Г-образной схемы замещения:






3.3. Приведенный ток ротора и его составляющие:






3.4. Реальный ток ротора:


3.5. Ток фазы статора и его составляющие:






3.6. Потери в обмотке статора:


3.7. Потери в обмотке ротора:


3.8. Электромагнитная мощность:
;
3.9. Активная мощность, потребляемая двигателем из сети:


3.10. Мощность на валу:


3.11. Коэффициент полезного действия:
;
3.12. Коэффициент мощности:
;
3.13. Электромагнитный момент:


3.14. Результаты расчетов заносятся в таблицу 3.1.
3.15. По данным таблицы 3.1. выполняются построения рабочих характеристик двигателя.
S I2, A I1, A P2, Вт Р1, Вт η, о.е. cosφ, о.е. МЭМ, Нм
0 0 18,907 0 3522,59 0 0,28 0
0,1SН 4,947 18,907 2554 3523 0,725 0,282 18,548
0,2SН 9,867 20,726 5416 6431 0,842 0,47 36,913
0,3SН 14,764 23,312 8234 9323 0,883 0,606 55,075
0,4SН 19,631 26,427 11000 12190 0,902 0,699 73,029
0,5SН 24,468 29,893 13730 15050 0,912 0,763 90,758
0,6SН 29,273 33,589 16400 17870 0,917 0,806 108,252
0,7SН 34,044 37,434 19020 20670 0,92 0,837 125,5
0,8SН 38,78 41,375 21508 23450 0,92 0,859 142,491
0,9SН 43,48 45,376 24090 26190 0,92 0,875 159,217
1,0SН 49,141 49,413 26550 28900 0,919 0,886 175,669
1,1SН 52,763 53,467 28950 31580 0,917 0,895 191,838
1,2SН 57,345 57,525 31300 34230 0,914 0,902 707,718
1,3SН 61,885 61,677 33580 36840 0,912 0,9 223,3
1,4SН 66,382 65,615 35810 39410 0,909 0,91 238,58
1,5SН 70,835 69,637 37980 41950 0,905 0,913 253,653
Таблица 3.1 – Данные для построения рабочих характеристик двигателя.
3.16. С рабочих характеристик снимаются значения при .

Рис. 3.1 – Рабочие характеристики .

Рис. 3.2 – Рабочие характеристики .
4. Расчет пусковых сопротивлений.
4.1. Момент сопротивления при пуске:


4.2. Максимальный пусковой момент:


4.3.Скольжение S1, соответствующее моменту М1 на естественной механической характеристике двигателя:


где ;
;
Значение S1 должно соответствовать условию .
- условие выполняется.
4.4. Момент переключения М2 должен быть больше МС. Приближенное значение М2 можно определить по формуле:
;
4.5. Приближенное значение пускового коэффициента:

4.6. Количество ступеней пускового реостата обозначим буквой Z. Численное значение Z можно определить из формулы:
;
Полученное значение Z округляем до целого числа, в сторону увеличения и получаем точное число ступеней пускового реостата Z=3.
4.7. Уточненное значение пускового коэффициента:
;
Полученное значение должно удовлетворять условие .
- условие удовлетворяется.
4.8. Сопротивление пускового реостата на отдельных ступенях пуска:
, где - целое число от 1 до Z.

0,387Ом

4.9. Сопротивление отдельных секций пускового реостата:


Рис. 4.1 – Схема включения асинхронного двигателя.
5. Расчет пусковых характеристик.
Расчет пусковых характеристик ведется поочередно для всех ступеней пуска.
Алгоритм расчета:
5.1. Номер пусковой ступени обозначим m. Поочерёдно задаёмся значениями m от 0 до Z и находим приведённое активное сопротивление фазы роторной цепи из данной ступени пуска:





5.2. Рабочие участки пусковых характеристик почти прямолинейны, поэтому для их построения достаточно на каждой ступени пуска рассчитать по три точки. Скольжение, соответствующее этим точкам целесообразно определять по формуле:

где К-поочерёдно принимает значения 1,2,3, при всех значениях m.
При m=0.



При m=1.



При m=2.


При m=3



Полученные значения скольжений записываются в таблицу 5.1. При m=0 дополнительно записываются в таблицу скольжения 0, Sk и 1.
5.3. Выполняется расчёт пусковых характеристик при m=0, т.е. без добавочных сопротивлений в цепи ротора. Расчёт ведётся при значениях скольжений S01; S02; S03; Sк и 1.
5.4. Активное, реактивное и полное сопротивление главной ветви Г-образной схемы замещения:






5.5. Приведенный ток ротора:


5.6. Активная и реактивная составляющая приведенного тока ротора:
;
;
5.7. Реальный ток ротора:


5.8. Ток статора и его составляющие:






5.9. Электромагнитная мощность:


5.10. Электромагнитный момент:


Результаты расчетов заносятся в таблицу 5.1.
m S I1, A I2, A МЭМ, Нм
0 0
0,028
0,056
0,084
0,204
1 18,1
54,352
98,575
137,948
247,345
360,522 0
53,766
102,491
145,045
263,124
383,829 0
195,326
354,881
473,832
642,081
278,324
1 0,062
0,124
0,186 54,357
98,584
137,96 53,772
102,5
145,057 195,345
354,91
473,863
2 0,137
0,275
0,412 54,275
98,707
137,986 53,659
102,634
145,086 194,953
355,315
473,935
3 0,304
0,608
0,912 54,322
98,52
137,876 53,732
102,431
144,967 195,208
354,697
473,636
Таблица 5.1 – Данные для построения пусковых характеристик двигателя.

Рис. 5.1 - Пусковые характеристики .

Рис. 5.2 - Пусковые характеристики .

Рис. 5.3 - Пусковые характеристики
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
В курсовом проекте приведён расчёт рабочих и пусковых характеристик асинхронного двигателя с фазным ротором.
Рабочие характеристики двигателя – это зависимость полезного момента М, коэффициента полезного действия , коэффициента мощности соsφ, тока I от полезной мощности Р2 при постоянных значениях напряжения U1 и частоты сети f.
1. Коэффициент приведения к Г-образной схеме замещения . Он представляет собой полный коэффициент рассеяния первичной цепи. Для асинхронных двигателей общего назначения .
Относительная величина тока холостого хода равна - это 42% от номинального тока. Для двигателей общего назначения (обычно ток I0 составляет 2040% от IН).
Сравнивая значения тока ротора, кпд, сos, сопротивлений R1, R2, можно отметить что рассчитанные и заданные значения мало отличаются. Погрешность вычисления по току ротора I2 составляет 5,0 %; по кпд –2,1 %; по cos, - 5,7%. Расчетные сопротивления R1 и R2 несколько больше, указанных в каталоге (таблица 6.16), так как рассчитаны для рабочей температуры (75 ºС), а заданные сопротивления приведены к 20 ºС.
2. Погрешность рассчитанного критического скольжения составляет 2,5%. Погрешность рассчитанного отношения критического момента к номинальному составляет 6,25%.
Погрешность рассчитанного критического скольжения и рассчитанного отношения критического момента к номинальному объясняется неточностью расчета.
4. Электромагнитный момент двигателя при номинальной нагрузке больше, чем номинальный момент на валу двигателя, так как в двигателе неизбежны потери (момент двигателя затрачивается на преодоление сил трения в подшипниках, ротора о воздух и т.д.).
5. Номинальное сопротивление:


Сравнивая с базовым , можно отметить, что погрешность расчета рабочих и пусковых характеристик в расчетах при замене на , будет составлять 0,01%.
ПУСК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.
Пуск двигателя осуществляется при разомкнутых контактах (рис.4.1.) при этом в цепь ротора включены все добавочные сопротивления (включением в цепь ротора добавочных сопротивлений достигается максимальное значение пускового момента М1 и уменьшение тока в цепи ротора). По мере разгона двигателя его момент уменьшается и при достижении значения, равного М2, часть сопротивления пускового реостата Rc2 (рис.4.1.) выводят, замыкая контактор К2. Вращающий момент при этом мгновенно возвращается до М1 (максимального пускового момента). В конце пуска пусковой реостат полностью выводится контактором К1, обмотка ротора замыкается накоротко и двигатель переходит на работу по естественной характеристике.
Вывод – своевременное переключение реостата даёт возможность сохранить почти максимальное значение момента во время всего периода пуска двигателя.
Список литературы.
1. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Электрические машины»/ Е.М. Огарков. ПГТУ, 2008 г.
2. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик и др. М: Энергоиздат. 1982 г. 504 с.
3. Электрические машины/ И.П. Копылов. М: Высшая школа, Логос; 2000 г. – 607 с.
4. Электрические машины/ Б.Ф. Токарев. М: Энергоатомиздат, 1990г. – 624 с.

Приложенные файлы

  • docx 704845
    Размер файла: 633 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий