0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формулы для расчета механической характеристики двигателя

Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Главная > Курсовая работа >Физика

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Расчетно-графическая работа № 1

по дисциплине: «Основы электропривода» и «Автоматизированный электропривод»

«Расчет механических характеристик асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором»

Выполнил: студент гр.ЭСЭ 24-в

технич. наук Назаренко В.Н.

Тема: РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (АД) С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ

1) Закрепить и углубить теоретические знания по определению свойств электродвигателей электроприводов по их механическим характеристикам.

2) Освоить методики расчета механических характеристик электроприводов в двигательном и тормозном режимах.

1) Рассчитать параметры обмотки статора и ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

2) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в двигательном режиме по приближенной формуле М.Клосса.

3) Произвести расчет механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.

4) Построить механические характеристики исполнительного механизма и асинхронного двигателя в двигательном и тормозном режимах.

1) Технические данные двигателей нормального исполнения представлены в табл. и

2) Динамическое торможение асинхронного двигателя производиться по схеме соединения обмоток статора в звезду табл.

3) При расчете механической характеристики асинхронного двигателя в режиме динамического торможения принять

4) Момент сопротивления исполнительного механизма

1.1 Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным

Параметры АД являются переменными, изменяющимися в зависимости от скольжения машины, что определяется насыщением зубцового слоя и вытеснением тока ротора. Изменение параметров АД значительно затрудняет расчет их механических характеристик. Механической характеристикой называется зависимость частоты вращения ротора двигателя или скольжения от момента, развиваемого двигателем при установившемся режиме работы: n=f(M) или s=f(M).[4]

Рис.1.Механическая характеристика АД

В последующих расчетах характеристик АД в различных схемах включения основное внимание уделяется учету влияния изменения R индукт контура намагничивания, т.к. оно определяет точность расчетов. Характер изменения остальных параметров схемы замещения или не учитывается, или учитывается косвенно.

Схема замещения АД представляет собой электрическую схему, в которой вторичная цепь (обмотка ротора) соединена с первичной цепью (обмотка статора) гальванически вместо магнитной связи, существующей в двигателе.[4]

Рис.2. Схема замещения АД

В каталогах на двигатели параметры схем замещения не указываются, а приводимые данные относятся к номинальному режиму работы. И хотя каталожных данных в ряде случаев достаточно для расчета механических характеристик, эти расчеты не всегда точны. Ниже приводятся выражения, позволяющие рассчитывать параметры схем замещения АД, а также ряд других параметров по приводимым в каталогах данным: линейному напряжению и линейному току статора, номинальным значениям мощности , частоты вращения , коэффициента мощности , и КПД , числу пар полюсов , кратностям максимального и пускового тока (приложение – таблица )

1.2 Исходные данные

Технические данные односкоростных электродвигателей серии МАП нормального исполнения на 1000 об/мин.

Расчет естественной и искусственных статистических Механических характеристик АД

Для расчета характеристик необходимо знать паспортные данные двигателя: Рн, nH, Iн, cosjн, hн, lm, ωн, Е2н.

Наиболее точным соотношением для расчета естественной механической характеристики АД является уточненная формула Клосса.

Но этой формулой можно воспользоваться, если известны R1 и R2 , т. к. SК может быть предварительно вычислено из этого выражения при использовании каталожных данных (вместо S в формулу нужно подставить SН).

Если же принять, что при отсутствии добавочного сопротивления в цепи ротора R1@R2, что обычно имеет место, то SКР = e и тогда неизвестной величиной в формуле Клосса является только SКР, которое можно вычислить по формуле:

Задаваясь теперь S и подставляя в формулу Клосса, можно найти М и построить зависимость М=f(S), а значит w=f(M). Если же пренебречь R1, то для расчета механических характеристик можно написать упрощенную формулу Клосса.

Читать еще:  Влияние качества электроэнергии на работу асинхронного двигателя

, где

Задаваясь различными значениями «S» можно построить М=f(S).

Естественная механическая характеристика строится для номинального напряжения. При отклонении U, от номинального SК не изменяется, т. к. оно не зависит от U, и не изменяется величина e. При известных R1 и R2 , расчет ведется по уточненной формуле Клосса, только предварительно нужно рассчитать величину МКР, пользуясь соотношением:

Где МКР – критический момент при U=U1Н

При R1=R2 или пренебрежении величиной R1, а значит и e, расчет ведется так же, как сказано выше, но также должно быть предварительно пересчитано МКР на соответствующее U1.

Для расчета и построения искусственной характеристики АД с фазным ротором, соответствующей введению в цепь ротора добавочного активного сопротивления, необходимо иметь естественную или какую-нибудь искусственную характеристику и данные о соответствующей ей величине RДОБ.

При введении в цепь ротора RДОБ МКР не изменяется, а лишь смещается в сторону больших скольжений. SКР возрастает. Величина не изменяется.

Напишем выражения для естественной и искусственной характеристик, соответствующих одинаковым моментам, т. е. Ме = Ми = М. Этим моментам соответствуют скольжения Se и Su, а критическому моменту МКР – скольжения Sке и Sки. ,

Отсюда

Это равенство может иметь место только при условии . Тогда

Полученные соотношения справедливы и для случая равенства критических и номинальных моментов, т. е. ; .

Порядок расчета искусственной характеристики такой: задаваясь скольжением на исходной (например, естественной) характеристике с помощью приведенного соотношения для Su, находится величина Su на искусственной характеристике, соответствующая тому же значению момента. Таким образом, по точкам может быть построена вся искомая характеристика.

Расчет можно вести и по формуле Клосса упрощенной или для простейшего случая, когда характеристика считается линейной. В этих случаях нужно в соответствующую формулу Клосса подставлять скольжение, найденное по вышеприведенным соотношениям для заданного добавочного сопротивления, а затем вести расчет как говорилось о расчете естественной характеристики.

Если сопротивление ротора неизвестно, его можно найти исходя из паспортных данных двигателя. Действительно, т. к. номинальные потери в роторной цепи

, то .

Активные сопротивления фазы статора приближенно можно определить по формуле

; ,

Где ксх =1 при соединении обмотки статора в ∆ и ксх=3 при соединении в звезду.

Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя для работы в составе приводов буровых установок

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 15.09.2020 2020-09-15

Статья просмотрена: 65 раз

Библиографическое описание:

Филин, В. А. Расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя для работы в составе приводов буровых установок / В. А. Филин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 38 (328). — С. 15-19. — URL: https://moluch.ru/archive/328/73610/ (дата обращения: 20.09.2021).

В статье представлен расчет механической характеристики асинхронного электродвигателя в составе буровой установки. Целью работы является построение механической характеристики асинхронного электродвигателя с помощью программы. В ходе работы выполняется построение зависимостей частоты вращения от момента, зависимостей момента от скольжения на основе аналитического метода и математического моделирования.

Ключевые слова: асинхронный двигатель, механическая характеристика, электрический привод.

Ярко выраженной тенденцией производства электроприводов буровой установки является все более широкое применение асинхронных двигателей (АД). [6] Во многом это связанно с конструктивными особенностями АД, а именно простая конструкция, низкая стоимость из-за небольшого количества цветного металла, неприхотливые эксплуатационные условия. Основным соображением для проектировщика асинхронного двигателя является конструкция двигателя с высоким пусковым моментом, лучшим КПД и коэффициентом мощности.

Но требования к энергоэффективности из года в год ужесточаются, что заставляет производителей идти на вынужденную модернизацию имеющихся моделей либо проектировать абсолютно новые. Для правильной эксплуатации двигателя силового привода важно знать, как будут меняться его основные параметры, т. е. крутящий момент М, частота вращения n и мощность N, в зависимости от нагрузки и изменения напряжения и частоты тока в питающейся сети.

Читать еще:  Высокие обороты двигателя при заводе

Расчет механической характеристики возможно произвести тремя способами: аналитический методом, на основе формул и зависимостей, построение математической модели, экспериментальное исследование.

Основные параметры АД при частоте сети 50 Гц

Наименование параметра

Значение параметра

Полезная мощности, кВт

Частота вращения (синхронная), об/мин

Частота вращения, об/мин

Отношение макс. момента к номинальному, о.е.

Моменты, создаваемые двигателем и исполнительным органом рабочей машины, могут иметь разные значения при различных частотах вращения. При выборе электродвигателя необходимо, чтобы его электромеханические свойства соответствовали технологическим требованиям приводимой им рабочей машины. К электромеханическим свойствам в первую очередь относится механическая характеристика. Механической характеристикой электродвигателя называют зависимость между частотой вращения вала двигателя и развиваемым им n = f(М) . Вместо частоты вращения вала n можно записать ω = f(М) , так как эти величины пропорциональны ω = πn/30 . [1] Под скольжением подразумевается величина в относительных единицах, которая характеризует отставание скорости вращения ротора от синхронной скорости вращения поля статора, создаваемого трехфазной обмоткой [2]

Скольжением асинхронной машины выражается отношением:

Электромагнитный момент М на валу асинхронной машины пропорционален величине магнитного потока и активной составляющей тока в обмотке ротора, которая зависит от величины скольжения.

где m — число фаз обмотки статора; U — фазное напряжение сети; R c -активное сопротивление фазы обмотки статора; R p — активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведённое к статору; Х с — индуктивное сопротивление фазы обмотки статора; Х р — индуктив­ное сопротивление фазы обмотки ротора, приведённое к статору.

Критическое скольжение по параметрам обмоток двигателя определяется по формуле

Подставив (2) и (3) получим выражение для определения критического момента

Номинальный момент АД (Н∙м) вычисляется по формуле

где P ном — номинальная мощность двигателя, n ном — номинальная частота вращения.

Для расчета механической характеристики АД мощностью более 100 кВт пользуются упрощенной формулой Клосса.

Значение пускового момента АД можно определить постановкой s = 1 в формулу (2) или по данным каталога, используя формулу M п = K м M ном , где K м — кратность пускового момента по отношению к номинальному.

Уравнения (6) в достаточной мере описывает механические свойства АД. В асинхронных электродвигателях с короткозамкнутым ротором в той или иной мере наблюдается явление вытеснения тока в стержнях ротора, в связи с чем их параметры непостоянны и механические характеристики значительно отличаются от характеристик, рассчитанных по формулам Клосса. В частности, у некоторых электродвигателей с КЗ ротором при малых скоростях вращения наблюдается снижение момента, вызванное влиянием высших гармоник поля. [3]

Численные расчетные значения вращающегося момента

s , о.е

М расч , кН∙м

n , об/мин

Выдвигаем гипотезу, что при математическом моделировании будет более высокая точность расчета механической характеристики.

Для достижения поставленных задач воспользуемся пакетом прикладных программ Elcut Студенческая версия. Elcut — это программное обеспечение для моделирования мультифизических задач. К его преимуществам относятся довольно простой процесс моделирования, дружественный интерфейс и незначительное потребление ресурсов. Также стоит отметить: это ПО является продуктом отечественной компании, что благоприятно сказывается на его доступности в условиях сложной политической обстановки. [5]

Расчет машины проводился методом конечных элементов. В основе электромагнитного расчета лежит модель, включающая в себя геометрию машины, магнитные и электрические свойства её активных материалов, режимные параметры и действующие нагрузки. В ходе расчёта определяются индукции и токи в сечениях модели. Затем определяются силы и моменты, а также энергетические показатели. [4]

Читать еще:  Газ 3102 не заводится двигатель 402

Численные моделируемые значения вращающегося момента

s , о.е

М мод , кН∙м

n , об/мин

Рис. 1. Механическая характеристика асинхронного двигателя

В результате моделирования получен график зависимости медной обмотки статора и ротора (рис 2.). Программа выполняет расчет сил и моментов. Полученные значения переносим в MS Excel, так как функционал программы не позволяет работать с графиками. Итоговый вариант представлен на рис. 1. Электромагнитное поле создается током, протекающим в трехфазной обмотке статора. При изменении фазы тока наблюдается изменение плотности тока в обмотке ротора. На основании изменения фазы тока в обмотке статора, меняется плотность тока. В связи с выше сказанным, можно сделать вывод о правильности построения модели.

В ходе построения механических характеристик двумя способами совпадают до значения номинального момента. Последующим наиболее значимым отклонением является пусковой и критический момент.

Пусковой момент полученный при моделировании составляет М мод = 9,35 кН∙м что меньше расчетного пускового момента М расч = 11,14 кН∙м . Критическое скольжение отличается s к.рас = 0,131 , s к.мод = 0,159 . Предполагаю, что из-за эффекта вытеснения тока, связанного с влиянием высших гармоник поля.

Рис. 2. Построение механической характеристики в Elcut

В статье представлено построение механической характеристики асинхронного электродвигателя двумя методами: аналитический и математическое моделирование. Примером был выбран АД используемый в приводе трансмиссионного вала буровой установки.

В ходе расчетов были выявлены следующие последовательности: разница номинального момента между аналитическим и моделированным показателем составляет 3 %, критический момент — 2,9 %. В свою очередь пусковой момент — 16 %. Малое значение пускового момента оказывает влияние на величину критического момента.

На основании этого можно сделать вывод, что механическая характеристика АД, полученная в процессе моделирования, соответствует теории и является более корректной, чем характеристика, построенная аналитическим методом.

1. Расчет исходных данных двигателя

1. В условном обозначении типоразмера двигателя 4А200М6 ОМ2 число 6 – это число полюсов обмотки статора, т.е. 2р = 6, откуда число пар полюсов р = 3;

2. синхронная угловая скорость

( радиан в секунду)

3. номинальная угловая скорость ротора

4. номинальное скольжение

5. критическое скольжение

= = 0,115

6. критическая угловая скорость

7. номинальный момент двигателя (на валу)

Нм

8. максимальный момент двигателя

= 2,4*215,47 = 517,14 Нм

9. пусковой момент двигателя

Нм

10. пусковой ток двигателя

= 6,5*41,3 = 268,45 А

2. Расчет и построение естественной механической характеристики двигателя по формуле Клосса

9. В чистом виде уравнение электромеханической характеристики ω(М)

неудобное для расчета и построения её графика.

Поэтому на практике для построения механической характеристики двигателя используется формула Клосса, представляющая зависимость электромагнитного момента от скольжения ротора, т.е. , а неω(М):

(1)

10. поскольку в теории электропривода механическая характеристика –

зависимость угловой скорости от момента двигателя, т.е. , а формула Клосса – зависимостьМ(s),:

задаются значениями скольжения от s = 0 (режим идеального холостого хода) до s = 1 (режим пуска) и подставляют эти значения одновременно в две формулы:

а) формулу Клосса, которая для данного случая имеет вид

б) формулу угловой скорости ротора, которая для данного случая имеет вид

(2).

В этом случае для каждого нового значения скольжения s рассчитываются два параметра: момент М и угловая скорость ω, представляющие собой координаты точек механической характеристики ω(М), что и требовалось найти.

11. результаты расчета приведены в таблице 1

Координаты точек механической характеристики асинхронного двигателя (формула Клосса)

ω,

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector