Построение круговой диаграммы по опытным данным. Рабочие характеристики

Если известны параметры схемы замещения, рабочие характеристики и кратности моментов можно определить расчетным путем, не прибегая к построению круговой диаграммы. Однако при изучении асинхронных машин и при контрольных испытаниях на заводах опытным путем определяют параметры схемы замещения и строят по опытным данным круговые диаграммы.

Круговую диаграмму строят на основе Г-образной схемы замещения.

Параметры схемы замещения находят с помощью опытов холостого хода и короткого замыкания. Определив из двух опытов параметры схемы замещения и построив круговую диаграмму, можно получить рабочие характеристики.

Снятие опытным путем рабочих характеристик асинхронных двигателей часто представляет большие трудности: надо иметь нагрузочную машину, центрировать, градуировать ее показатели, собирать измерительную схему. Особенно трудно с достаточной точностью снимать рабочие характеристики асинхронных двигателей большой мощности. Провести опыт холостого хода и короткого замыкания значительно проще. При проведении опыта холостого хода машина работает в режиме двигателя, когда нагрузка на валу равна нулю. При U = UH0M и /ном измеряют ток холостого хода /0 и потери Р0. По данным измерений находят

У двигателей единых серий /о = (0,25-^0,5)/1ЮМ, a cos0 и Р0 снимают зависимости /00,cos Фо от U (рис. 3.29). Коэффициент мощности cos(po при увеличении Ь из-за насыщения уменьшается. Потери растут примерно пропорционально квадрату напряжения; ток /0 из-за насыщения изменяется по нелинейному закону. При холостом ходе потери

где Р:)о — электрические потери в обмотке статора.

Как и в трансформаторах, Рэ0 можно легко рассчитать, зная Гу Потери электрические относительно невелики, так

Характеристики холостого хода асинхронного двигателя

Рис. 3.29. Характеристики холостого хода асинхронного двигателя

как они пропорциональны квадрату тока, а ток /0 меньше /ном в 3—4 раза. В асинхронных микродвигателях /о мало отличается от /ном, поэтому при исследовании асинхронных двигателей небольшой мощности пренебрегать Рэ0 не следует. Механические потери Рмех не зависят от напряжения, так как частота вращения в опыте холостого хода практически не изменяется.

Разделение потерь холостого хода асинхронного двигателя

Рис. 330. Разделение потерь холостого хода асинхронного двигателя

Зная потери Р{), можно разделить их на потери в стали Рст и механические Рмех. Для этого строят зависимость Р0 = /(f/02) при /= const (рис. 3.30).

Так как Pcr ~ U,a Рмех =

= const, то из опыта холостого хода нетрудно найти Рст и Рмех.

Если необходимо учитывать Р,0, надо из Р0 для каждой точки вычитать Р)0, которые определяются расчетным путем:

Для того чтобы ток холостого хода и потери холостого хода лежали в допустимых пределах, необходимо правильно рассчитать магнитную цепь машины при холостом ходе. При расчете магнитной цепи задаются индукцией в воздушном зазоре J3S = 0,6-Ю,8 Тл. При этом максимальная индукция в зубцах Bzmax = 1,6-М ,8 Тл, так как сечение в зубцах примерно в 2 раза меньше, чем площадь зубцового деления. Для нескольких значений Р8 рассчитывают магнитную цепь и строят характеристику холостого хода.

При нагрузке поток в асинхронных двигателях из-за небольшого уменьшения ЭДС также уменьшается, но это изменение обычно в асинхронных машинах единых серий не учитывается.

Опыт короткого замыкания проводят при заторможенном роторе, замкнутой накоротко обмотке ротора и при пониженном напряжении, так, чтобы ток 1 превышал номинальное значение не более чем в 1,2 раза. При этих условиях температура обмоток во время опыта не успеет превысить допустимые температуры для данного класса изоляции.

В опыте короткого замыкания снимают характеристики /к, Рк, coscpK =/(Пк) при/= const (рис. 3.31). Так как опыт короткого замыкания проводят при пониженном напряжении, машина неиасыщеиа и coscpK = const. Ток /к зависит линейно от напряжения короткого замыкания. Потери короткого замыкания Рк — это в основном электрические потери в обмотках статора и ротора. Сопротивление короткого замыкания

Характеристики короткого замыкания асинхронного двигателя

Рис. 3.31. Характеристики короткого замыкания асинхронного двигателя

Потерями в стали можно пренебречь, гак как опыт короткого замыкания проводится при пониженном напряжении, Рсх ~ U, тогда

где ?/к, /к — соответственно фазные напряжение и ток короткого замыкания. Из опыта короткого замыкания расчетным путем определяются

Активное сопротивление гк можно определить из формулы (3.61) или по формуле

Сопротивление обмотки статора можно найти, измерив напряжение и ток.

В опыте короткого замыкания фиксируется напряжение короткого замыкания, при котором ток 1{ равен номинальному. Считая, что характеристика намагничивания асинхронной машины линейная и х и %2 постоянные, ток короткого замыкания при номинальном напряжении определяем по отношению

где 1К мом — ток короткого замыкания при номинальном напряжении; U11ЮМ — номинальное напряжение; /, t/lK — ток и напряжение в опыте короткого замыкания.

В асинхронных двигателях ток короткого замыкания при номинальном напряжении / = (5—7)/ном, поэтому zK. = = 0,14-0,2.

Определив из опытов холостого хода и короткого замыкания все основные величины, перейдем к построению круговой диаграммы.

Выбрав масштабы токов и напряжений, найдем точку 5 = 0. Для этого построим вектор /0, найденный из опыта холостого хода. В точке A s ^ 0, так как в машине есть механические потери и Рэм 5* 0 . Чтобы найти точку 5 = 0, воспользуемся построениями, приведенными на рис. 3.24. При этом

АЕ' Рмех

= ~р~. Через точку Е проводим прямую, параллельную

оси -j, на ней и будет располагаться точка А идеального холостого хода. Некоторая неточность определения положения точки А нс приводит к заметным погрешностям при расчете основных параметров. Найдя точку s = 0, далее под углом фк проводим вектор 1К ном и определим точку 5=1 (рис. 3.32). При массовом производстве асинхронных двигателей единых серий на поточных линиях есть участок автоматического снятия характеристик каждого двигателя [ 11.

Потери короткого замыкания при номинальном напряжении

где Рк — потери при напряжении 1/ в опыте короткого замыкания.

Определив на плоскос ти U, -j точки А, где s = 0, и В, где 5=1, соединим их и из середины АВ опустим перпендикуляр на линию центров, круговой диаграммы AD. Линию АО проводим под углом 2у к линии АЕ.

Чтобы найти на круговой диаграмме точку s = ±°°, надо из точки В опустить перпендикуляр на линию АЕ. Разделив

Круговая диаграмма, построенная по опытным данным

Рис. 3.32. Круговая диаграмма, построенная по опытным данным

Рабочие характеристики двигателя — это зависимость потребляемой мощности Рь тока I, cos(pj, момента на валу М, скольжения и КПД от полезной мощности Р2 при постоянных номинальных напряжениях и частоте сети. Рабочие характеристики дают возможность судить об изменении основных параметров двигателя при изменении нагрузки от 0 до 1,1 —1,3 номинального значения (рис. 3.33). Задаваясь несколькими значениями мощности па валу Р2, находим для этих точек значения токов /ь потребляемой из сети мощности Р и момент на валу М. По соответствующим шкалам после дополнительных построений определяем cos (pi и s. Коэффициент полезного действия приближенно

прямую В К в отношении BL: LK = г2: >, найдем точку С, где 5 = ±°°. Линия АС — линия электромагнитной мощности. В асинхронных двигателях единых серий обычно Г ~ г2, поэтому отрезок ВК разделим примерно пополам. Линия Л В — линия полезной мощности.

Построение круговой диаграммы по опытным данным не занимает много времени. Взяв на ней любую точку, можно определить необходимые параметры и построить рабочие характеристики.

Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Рис. 3.33. Рабочие характеристики асинхронного двигателя

Р>

находим как отношение тг.

11

О распределении активной мощности, потребляемой из сети, можно судить по энергетической диаграмме двигателя (рис. 3.34). Забираемая из сети электрическая мощность Р расходуется в статоре на покрытие электрических потерь в обмотке статора

Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

Рис. 3.34. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

и на покрытие потерь в стали магнитопровода статора

гдеруд — удельные потери в стали для максимальной индукции ярма и зубцов статора; GCT — масса ярма и зубцов маг- нигоировода; k0fip — коэффициент, учитывающий увеличение потерь в стали за счет обработки, ?обр = 1,3-5-1,5.

Потери в стали рассчитывают отдельно для ярма и зубцов, а затем их суммируют.

Электромагнитная мощность, или мощность в воздушном зазоре,

Электромагнитная мощность расходуется на потери в роторе, а большая ее часть преобразуется в полезную механическую мощность Р2:

где Рэ2 — электрические потери в обмотке ротора, или

Электрические потери в роторе пропорциональны скольжению:

Они включают в себя механическую мощность на валу Р и механические потери Рмех. Механические потери рассчитываются по эмпирическим формулам. В механические потери входят потери на трение и мощность, расходуемая на вентиляцию.

Добавочные потери учитывают неточность в расчете потерь из-за насыщения и полей рассеяния. Их принимают равными 0,5% номинальной мощности. Расчет отдельных составляющих добавочных потерь при холостом ходе и нагрузке производится лишь для асинхронных машин большой мощности.

С ростом нагрузки растет ток Д, увеличиваются s и потребляемая мощность Р, КПД и cos(pf имеют максимумы при Р2 ~ 0,5-^0,8Р2|Юм. Выбор точки максимума КПД зависит от расчетчика, КПД имеет максимум в области, где постоянные потери (Рст и Рмех) равны переменным потерям - электрическим (Рэ1 и Д,2). Коэффициент полезного действия имеет пологий максимум в области 0,5—0,8Р2ном (см. рис. 3.33), так как большинство асинхронных двигателей в электроприводах эксплуатируется при таких нагрузках. При нагрузках, близких к номинальной, и перегрузках, как это следует из круговой диаграммы, кривые Д, Pi, АД отклоняются от линейного закона (см. рис. 3.33).

При Р2 = 0 cos(pj не равен нулю, так как из сети потребляется активная мощность, которая идет на покрытие потерь холостого хода. При Р2 = 0 Д, Р, s и М также не равны нулю, но имеют минимальные значения. При определении рабочих характеристик используется небольшой участок круговой диаграммы, поэтому получается приемлемая для практики точность.

Как и во всех электрических машинах, в асинхронных машинах преобразование электрической энергии в механическую сопровождается преобразованием электрической энергии в тепло, причем в асинхронных машинах электрические потери в роторе пропорциональны скольжению. Поэтому асинхронные машины экономичны при небольших скольжениях — 1—4%.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >