- •Методические указания
- •Введение
- •Практическая работа № 1 Расчёт рабочих характеристик асинхронного двигателя
- •2.1 Исполнения электрических машин
- •2.2 Система обозначений асинхронных двигателей современных серий
- •2.3 Асинхронные двигатели современных серий
- •2.4 Расчет рабочих характеристики асинхронных двигателей
- •3 Практическая часть
- •4 Структура отчета
- •3 Практическая часть
- •4 Структура отчета
- •Практическая работа № 3 Тепловой и вентиляционный расчёт двигателя
- •1 Цель практической работы
- •2 Теоретическая часть
- •3 Практическая часть
2.4 Расчет рабочих характеристики асинхронных двигателей
Рабочие
характеристики асинхронного двигателя
представляют зависимость от полезной
мощности Р2
тока статора I1,
потребляемой мощности P1,
коэффициента полезного действия
,
коэффициента
мощности
и
частоты вращения n
(или скольжения s).
Расчёт рабочих характеристик производится по схеме замещения асинхронного двигателя, представленной на рисунке 2.1.
Коэффициент рассеяния статора:
. (2.1)
Коэффициент сопротивления статора:
. (2.2)
Расчётные значения параметров схемы замещения:
;
;
(2.3)
;
.

Рисунок 2.1 - Схема замещения асинхронного двигателя
Сопротивления короткого замыкания равны:
;
; (2.4)
.
В соответствии с ГОСТ 183-74 добавочные потери при номинальной грузке для асинхронных двигателей общего применения:
. (2.5)
Механическая мощность на валу двигателя:
. (2.6)
Сопротивление схемы замещения Rн, эквивалентное механической мощности:
. (2.7)
Полное сопротивление рабочего контура схемы замещения:
. (2.8)
Номинальное скольжение:
. (2.9)
Номинальная частота вращения ротора, об/мин:
. (2.10)
Активная и реактивная составляющие тока статора при синхронном вращении ротора:
;
(2.11)
.
Расчётный ток ротора:
. (2.12)
Активная и реактивная составляющие тока статора:
;
(2.13)
.
Фазный ток статора:
. (2.14)
Коэффициент мощности:
. (2.15)
Потери мощности в обмотках статора и ротора:
;
(2.16)

Суммарные потери мощности в двигателе:
. (2.17)
Потребляемая мощность:
;
(2.18)

Коэффициент полезного действия:
(2.19)
3 Практическая часть
Практическая работа выполняется по вариантам, выданным преподавателем.
Для
расчёта рабочих характеристик асинхронного
двигателя задаются рядом значений
полезной мощности на валу двигателя:
0,25
,
0,5
,
0,75
,
0,9
,
1.0
,
1,25
и расчёт производят по выше описанной
методике. Результаты расчётов сводят
в таблицу.
По результатам расчёта рабочих характеристик уточняют параметры номинального режима работы и строят рабочие характеристики.
Для выполнения практической работы в приложении А приведены технические данные асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором серии РА (привязка мощностей к установочно-присоединительным размерам по стандартам CENELEC, DIN).
4 Структура отчета
По результатам работы составляется отчет, который должен содержать:
1) титульный лист;
2) задание на практическую работу;
3) содержание;
4) выполнение задания;
5) список использованных источников.
5 Список литературы
Асинхронные двигатели общего назначения/ Е. П. Бойко, Ю. В. Гаинцев, Ю.М. Ковалёв и др.; Под ред. В. М. Петрова и А. Э. Кравчика. - М.: Энергия, 1980. - 488с.
Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А. Э. Кравчик, М. М. Шлоф, В. И. Афонин, Е. А. Соболевская. - М.: Энергоиздат, 1982. - 504с.
Практическая работа № 2
Расчёт пусковых характеристик асинхронного двигателя
Цель практической работы
Целью расчета пусковых характеристик асинхронного двигателя является практическое применение студентами теоретических знаний, полученных при изучении дисциплины «Электромеханические преобразователи энергии в системах управления технологическими процессами» и приобретение навыков расчетов основных элементов в системах управления технологическими процессами.
2 Теоретическая часть
Пусковые свойства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором оцениваются кратностью пускового момента и пускового тока, а также перегрузочной способностью, которая характеризуется кратностью максимального момента. Для асинхронных двигателей серии 4А и RA кратность пускового и максимального моментов должна быть не ниже, а кратность пускового тока не выше значений, приведённых в приложении А.
Для
асинхронных двигателей с короткозамкнутым
ротором самым распространённым способом
пуска является прямое включение на
номинальное напряжение сети. В процессе
пуска частота тока в обмотке ротора
изменяется
от частоты сети
до значений, соответствующих рабочим
скольженьям. В диапазоне значений
скольжения от
,
примерно, до критического
в
массивных
стержнях обмотки ротора возникает
эффект вытеснения тока и ток по сечению
стержня распределяется неравномерно.
Чем ближе к воздушному зазору, тем
плотность тока в стержне оказывается
выше.
Действие эффекта вытеснения тока проявляется в увеличении активного сопротивления стержня и снижении удельной проводимости пазового рассеяния короткозамкнутой обмотки ротора. Чем больше частота тока обмотки ротора и чем глубже паз, тем сильнее проявляется действие эффекта вытеснения тока.
Требования, предъявляемые к величине активного сопротивления обмотки ротора, неоднозначны. С целью увеличения пускового момента асинхронного двигателя необходимо увеличивать активное сопротивление обмотки ротора, а с целью повышения коэффициента полезного действия это же сопротивление необходимо снижать. Благодаря эффекту вытеснения тока это противоречие в требованиях к значению одного и того же параметра решается естественным образом.
Во время прямого пуска асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором токи в обмотке статора и ротора в 5 – 7,5 раз превышают номинальные. Это приводит к тому, что в машине, пропорционально токам, возрастают магнитные потоки рассеяния. Ферромагнитные участки магнитной цепи по путям потоков рассеяния насыщаются, а проводимость путей потоков рассеяния снижается. Следовательно, в ходе выполнения расчётов пусковых характеристик необходимо учитывать влияние эффекта вытеснения тока и насыщение путей потоков рассеяния на параметры машины.
Влияние
эффекта вытеснения тока на параметры
стержней обмотки ротора принято
определять с помощью коэффициента
увеличения сопротивления
и
коэффициента демпфирования
.
Решение
задачи о параметрах массивного стержня,
расположенного в открытом прямоугольном
пазу, даёт следующие выражения для
коэффициентов
и
:
;
(2.1)
,
где
– приведённая высота стержня.
, (2.2)
где
– высота
стержня в пазу, м;
и
–ширина
стержня и паза, м;
– частота тока в обмотке ротора, Гц;
– удельное
сопротивление материала обмотки ротора
при расчётной температуре, Ом
∙ м.
При
литой алюминиевой обмотке ротора
при
расчётной температуре 75 0С
; (2.3)
при расчётной температуре 115 0С
(2.4)
В
формулах (2.3) и (2.4)
-частота сети.
В
расчётах параметров массивных стержней
с произвольной конфигурацией поперечного
сечения принято определять не коэффициенты
и
,
а
коэффициенты
и

Высота стержня:
. (2.5)
Коэффициенты
и
можно определить по значению приведенной
высоты стержня по формулам (2.1) - (2.4), а
так же по рисункам 2.1 и 2.2.
Практика
расчётов показывает, что если
< 1 влияние эффекта вытеснения тока на
параметры машины можно не учитывать.

Рисунок
2.1 - Зависимость коэффициента
от
приведённой высоты стержня
По
значению коэффициента
определяют
расчётную глубину проникновения тока
в стержень:
. (2.6)
Сечение
стержня на расчётной глубине в случаях,
когда
:
, (2.7)
где
– ширина паза ротора на расчётной
глубине.

Рисунок
2.2 - Зависимость коэффициента
от
приведённой высоты стержня
Расчётный коэффициент увеличения сопротивления стержня:
, (2.8)
где
– сечение
стержня.
Коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки ротора в результате эффекта вытеснения тока:
. (2.9)
Активное сопротивление обмотки ротора, приведённое к обмотке статора, с учётом эффекта вытеснения тока:
. (2.10)
Коэффициент
удельной магнитной проводимости пазового
рассеяния обмотки ротора с учётом
эффекта вытеснения тока
определяют по формуле (7.15). Если на роторе
выполняются закрытые пазы, то для
вычисления последнего слагаемого в
формуле (7.15) уточняют ток стержня:
, (2.11)
где
– приведённый ток обмотки ротора в
режиме номинальной нагрузки. Определяется
по результатам расчёта рабочих
характеристик.
Ток
стержня
заменяют выражением
,
где
– ожидаемая
кратность пускового тока при выбранном
значении скольжения, а
– уточнённое значение тока стержня в
режиме номинальной нагрузки. Выполняя
расчёт пусковых характеристик для
скольженияs
= 1
в качестве начального приближения можно
принять
равным
допустимой кратности пускового тока
для машины - аналога. Определив в конечном
итоге кратность пускового момента и
кратность пускового тока (для выбранного
значения скольжения), нужно будет
сравнить полученное значение кратности
пускового тока с тем значением, которым
задавались, определяя параметры машины.
Если расхождение в значениях будет
превышать 15%, то расчёты необходимо
повторить, откорректировав выбранное
значение
.
Значение индуктивного сопротивления рассеяния обмотки ротора, приведённое к обмотке статора, с учётом эффекта вытеснения тока:
, (2.12)
где
. (2.13)
Влияние насыщения путей потоков рассеяния на параметры машины проявляется в снижении проводимости пазового и дифференциального рассеяния обмоток статора и ротора.
Снижение
удельной проводимости пазового рассеяния,
вызванное насыщением головок зубцов,
учитывают введением дополнительного
раскрытия паза
.
Величина дополнительного раскрытия
паза зависит от токов в обмотках машины.
В свою очередь токи в обмотках зависят
от параметров. Поэтому, задача определения
насыщенных значений параметров решается
методом последовательных приближений.
Коэффициент рассеяния статора в режиме пуска:
, (2.14)
где
– коэффициент насыщения магнитной
цепи.
Коэффициент сопротивления статора:
. (2.15)
Параметры схемы замещения в режиме пуска (рисунок 9.1):
;
(2.16)

Полное пусковое сопротивление:
. (2.17)
Расчётный ток ротора при пуске:
. (2.18)
Предварительное значение тока ротора при пуске с учётом влияния насыщения:
, (2.19)
где Кн – коэффициент насыщения. Если расчёты пусковой характеристики выполняются для скольжения s = 1, то можно, предварительно, принять Кн = 1,3 – 1,4. Для режима максимального момента Кн = 1,15 – 1,25.
Расчётная намагничивающая сила пазов статора и ротора:
. (2.20)
Значения коэффициента Кр приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
- |
|
|
0,5 |
0,5 |
1,0 |
1,0 |
2,5 |
Эквивалентное раскрытие паза, мм:
, (2.21)
где b – ширина паза. Размер паза, ближайший к зоне шлица.
Расчёт
эквивалентного раскрытия паза производят
для пазов статора и полузакрытых пазов
ротора. Для закрытых пазов ротора
величину
и
не рассчитывают.
Если
,
то необходимо принять
Уменьшение проводимости пазового рассеяния:
,
(2.22)
.
Коэффициент удельной магнитной проводимости пазового рассеяния:
; (2.23)
. (2.24)
Коэффициент удельной магнитной проводимости дифференциального рассеяния:
; (2.25)
; (2.26)
где
. (2.27)
Расчётное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора:
. (10.28)
Расчётное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведённое к обмотке статора, с учётом насыщения и вытеснения тока:
. (2.29)
Полное сопротивление рабочего контура схемы замещения с учётом насыщения и вытеснения тока в обмотке ротора при пуске двигателя:
, (2.30)
где
;
.
Расчётный ток ротора при пуске:
. (2.31)
Активная составляющая тока статора при пуске:
;
(2.32)
.
(2.33)
Ток статора при пуске:
. (2.34)
Кратность пускового тока:
. (2.35)
Пусковой момент, Н ∙ м:
.
(2.36)
Кратность пускового момента:
.
(2.37)







м


м