Українська   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат по темі випускної роботи

Зміст

Введення

У сучасних системах управління двигунами як постійного так і змінного струму є максимально точне визначення їх енергетичних і механічних параметрів, для реалізації найбільш якісного та економічного управління і регулювання. Не завжди є можливість визначити параметри двигуна за паспортними даними, а якщо вони і є то лише основна інформація , така як: номінальна потужність , Номінальна напруга , Номінальний струм, номінальна частота і номінальна швидкість . Для коректного регулювання електроприводу приводчикам необхідно мати більш великі знання про машину, такі як: активний опір статора і ротора, індуктивний опір статора і ротора, потокосцепления статора, ротора, які неможливо знайти в довідкових матеріалах. Дані знання відіграють значну роль в сучасних системах регулювання електроприводів, тому існує необхідність точного визначення даних параметрів розрахунковим або будь-яким іншим способом. В даний час величезну популярність, серед пристроїв управління електроприводами, мають (ПЧ), що розраховують потрібні параметри схеми заміщення автоматично по заздалегідь закладеним формулами і командам, завдяки яким дані пристрої є кращим варіантом в світі на даний момент в плані управління і регулювання двигунами змінного струму.

Залежно від різних методик розрахунку параметрів схеми заміщення можна отримати абсолютно відмінні значення, тому дуже важливо підібрати відповідний спосіб для кожного двигуна індивідуально.

1. Дослідне визначення параметрів і Розрахунок робочих характеристик асинхронних двигунів

1.1. Основне поняття

Існує два методи отримання даних для побудови робочих характеристик асинхронних двигунів: метод безпосереднього навантаження і непрямий метод[1]. Метод безпосереднього навантаження полягає в дослідному дослідженні двигуна в діапазоні навантажень від холостого ходу до режиму номінального навантаження з вимірюванням необхідних параметрів. Цей метод зазвичай застосовується для двигунів потужністю не більше 10–15 кВт. З ростом потужності двигуна ускладнюється завдання його навантаження, ростуть непродуктивний витрата електроенергії і завантаження електромережі. Застосування цього методу обмежується ще й тим, що не завжди представляється можливим створити випробувальну установку через відсутність необхідного обладнання і неприпустимості перевантаження електромережі. Широке застосування отримав більш універсальний непрямий метод, застосування якого не обмежується потужністю двигуна. Цей метод полягає у виконанні двох експериментів: досвіду холостого ходу і досвіду короткого замикання.

Ці досліди легко реалізуються, для їх проведення потрібна мінімальна потужність встановленого обладнання. Експериментальні дослідження асинхронних двигунів в робочих режимах, як правило, не проводяться з причини їх великої трудомісткості і вартості. Характеристики асинхронних двигунів в робочих режимах отримують розрахунковим шляхом за схемою заміщення.

1.2. Досвід холостого ходу

Харчування асинхронного двигуна при досвіді х. х. здійснюється через (ИР) напруга(рис. 1.1) або (АТ), дозволяють змінювати напругу в широких межах, також можна використовувати (ТРН) або (НВЧ). При цьому вал двигуна повинен бути вільним від механічного навантаження[2]. У схемі присутні також вимірювальні прилади: амперметр, вольтметр і ватметр, для зняття потрібних фізичних величин.

Схема включення трифазного асинхронного двигуна при дослідах х. х. і К. з.

Малюнок 1.1 – Схема включення трифазного асинхронного двигуна при дослідах х. х. і К. з.

Досвід починають з підвищеної напруги живлення[3]

потім поступово знижують напругу до 0,4 U1ном так, щоб зняти показання приладів в 5–7 точках. При цьому один із вимірів повинен відповідати номінальній напрузі U1ном. вимірюють лінійні значення напруг і струмів і обчислюють їх середні значення:

А потім в залежності від схеми з'єднання обмотки статора визначають фазні значення напруги і струму х. х.:

При з'єднанні в зірку

Ппри з'єднанні в трикутник

Ватметр W вимірює активну потужність Ро, споживану двигуном в режимі Х. Х., яка включає в себе електричні втрати в обмотці статора, магнітні втрати в сердечнику статора Рм і механічні втрати Рмех (Вт):

Тут R1 & ndash; активний опір фази обмотки статора( Ом), виміряний безпосередньо після відключення двигуна від мережі, щоб обмотка не встигла охолодитися[4].

Сума магнітних і механічних втрат двигуна (Вт)

Коефіцієнт потужності для режиму х. х.

За результатами вимірювань і обчислень будують характеристики х. х.

Характеристики х. х. на прикладі асинхронного двигуна (3.0 кВт, 220/380 в, 1430 об / хв)

Малюнок 1.2 & ndash; Характеристики х. х. на прикладі асинхронного двигуна (3.0 кВт, 220/380 в, 1430 об / хв)

Для асинхронних двигунів з фазним ротором в досвіді х. х. визначають коефіцієнт трансформації напруг між обмотками статора і ротора. Цей коефіцієнт з достатньою точністю може бути визначений по відношенню середніх арифметичних лінійних (міжфазних) напруг статора до аналогічних напруг ротора.

1.3. Досвід короткого замикання

Схема з'єднань асинхронного двигуна при досвіді к. з. залишається, як і в досвіді х. х. (див.рис. 1.1)[5]. Але при цьому вимірювальні прилади повинні бути обрані відповідно до меж вимірювання струму, напруги і потужності. Ротор двигуна слід жорстко закріпити, попередньо встановивши його в положення, відповідне середньому струму к. з.з цією метою до двигуна підводять невелику напругу (Uk=0.1u1ном) і повільно повертаючи ротор, стежать за показанням амперметра, стрілка якого буде коливатися в залежності від положення ротора двигуна. Пояснюється це взаємним зміщенням зубцевих зон ротора і статора, що викликає коливання індуктивних опорів обмоток двигуна.

Граничне значення струму статора при досвіді к. з.встановлюють виходячи з допустимої струмового навантаження мережі живлення і можливості провести досвід в мінімальний термін, щоб не викликати небезпечного перегріву двигуна. Для двигунів потужністю до 1 кВт можливе проведення досвіду починаючи з номінальної напруги Uк=U1ном.в цьому випадку граничний струм Ik=(5–7)Іном. Для двигунів більшої потужності сила граничного струму Ік=(2,5–5)І1ном. При виконанні досвіду к. з. в навчальних цілях можна обмежитися граничним струмом Ік=(1,5–2,5)І1ном.При виконанні досвіду к. з. бажано з'єднання обмотки статора зіркою.

Визначивши діапазон зміни струму статора при досвіді К. З., досвід починають з граничного значення цього струму, встановивши на індукційному регуляторі відповідне напруга К.З. Uк. Потім поступово знижують цю напругу до значення, при якому струм Ік досягне нижньої межі встановленого діапазону його значень. При цьому знімають показання приладів для 5 & ndash;7 точок, одна з яких повинна відповідати номінальному струму статора (Ik=І1ном). Тривалість досвіду повинна бути мінімально можливою. З цією метою вимірюють лише одне лінійне напруга (наприклад, UКАВ), так як деяка несиметрія лінійних напруг при досвіді к. з.не має значення. Лінійні струми вимірюють хоча б у двох лінійних проводах (наприклад, ІКА та ІКВ). За розрахункове значення струму к. з.приймають середнє арифметичне цих двох значень. Після зняття останніх показань приладів двигун слід відключити і відразу ж зробити завмер активного опору фази обмотки статора, щоб визначити температуру обмотки. Лінійні напруги і струми перераховують на фазні і Ік за формулами, аналогічним досвіду х. х.

Ватметр W вимірює активну потужність к. з.Рк. За отриманими значеннями напруг Uk, струмів Ik і потужностей Pk обчислюють наступні параметри:

коефіцієнт потужності при К. з.

Повний опір к. з.

активні та індуктивні складові цього опору (Ом)

Виміряні і обчислені величини заносять в таблицю, а потім будують характеристики к. з. (рис. 1.3).

Характеристики К. з. на прикладі асинхронного двигуна (3.0 кВт, 220/380 в, 1430 об / хв)

Малюнок 1.3 – Характеристики К. з. на прикладі асинхронного двигуна (3.0 кВт, 220/380 в, 1430 об / хв)

При досвіді к. з. обмотки двигуна швидко нагріваються до робочої температури, так як при нерухомому роторі двигун не вентилюється.

Температуру обмотки зазвичай визначають по опору бази, виміряному безпосередньо після проведення досвіду, за формулою:

Якщо ж температура обмотки виявилася менше розрахункової робочої температури для відповідного класу нагрівостійкості ізоляції двигуна, то активний опір к. з. rk перераховують на робочу температуру:

Потім перераховують на робочу температуру Повний опір к. з.

напруга к.з.

і потужність к.з.

Струм і потужність к. з. перераховують на номінальну напругу U1ном

Слід мати на увазі, що такий перерахунок є наближеним, так як при Uк = U1ном настає магнітне насичення сердечників (особливо зубцевих шарів) статора і ротора; це призводить до зменшення індуктивного опору хк, що не враховується формулами.

Эелектромагнітна потужність в режимі К. з., що передається на ротор двигуна, дорівнює електричним втратам в обмотці ротора, тому електромагнітний момент при досвіді к. з.

Магнітні втрати при досвіді к. з.наближено визначають за характеристиками Х. Х. при напрузі U1=Uk. У режимі х. х. магнітний потік Ф більше, ніж в режимі К. З., але якщо в режимі х. х. магнітні втрати відбуваються тільки в осерді статора, то в режме К. З. магнітні втрати відбуваються ще й в осерді ротора, так як f2=f1.

Початковий пусковий момент отримують перерахунком моменту Mk на початковий пусковий струм Іп.

2. Визначення параметрів схеми заміщення асинхронного двигуна за довідковими даними

У найбільш повних довідниках по асинхронних двигунів наведені фізичні величини, необхідні для визначення параметрів його схеми заміщення[6].

Визначається Номінальний струм статора двигуна:

Обчислюється базисний опір:

Знаходяться параметри схеми заміщення двигуна в фізичних величинах:

Активний опір обмотки статора:

Індуктивний опір розсіювання обмотки статора:

Активний опір обмотки ротора, приведене до обмотки статора:

Індуктивний опір розсіювання обмотки ротора, приведене до обмотки статора:

Індуктивний опір контуру намагнічування:

Знайдені параметри схеми заміщення дозволяють розрахувати статичні характеристики асинхронного двигуна, наприклад за формулою Клосса, тобто без урахування насичення зубців від полів розсіювання і витіснення струму в стрижнях білячої клітини.

3. Розрахунок параметрів схеми заміщення за відомими методиками

В Ульяновському ГТУ для визначення параметрів схеми заміщення АТ використовується методика, що дозволяє визначити параметри схеми заміщення при наступних основних допущеннях[7]:

–магнітні і механічні втрати в двигуні складають 0,02хРн;

–активні опору статорної і роторної обмоток покладаються незалежними від режиму роботи двигуна, тобто ефекти витіснення струму не враховуються.

Визначається струм холостого ходу асинхронного двигуна:

де I11-струм статора двигуна при частковому навантаженні, А

Активний опір ротора, приведеного до обмотки статора асинхронного двигуна:

де & #946; – коефіцієнт, що знаходиться в діапазоні 0,6–2,5;

Активний опір статорної обмотки:

Індуктивний опір короткого замикання:

Індуктивний опір розсіювання фази роторної обмотки:

Індуктивний опір розсіювання фази статорної обмотки:

ЕРС гілки намагнічування наведена потоком повітряного зазору в обмотці статора в номінальному режимі:

Індуктивний опір контуру намагнічування:

Знайдені параметри схеми заміщення дозволяють розрахувати статичні характеристики асинхронного двигуна, наприклад за формулою Клосса, тобто без урахування насичення зубців від полів розсіювання і витіснення струму в стрижнях білячої клітини.

Критичний момент:

Зручна для розрахунку методика розрахунку представлена в роботі Чепкунова Р. А. «визначення параметрів схеми заміщення асинхронного двигуна за паспортними даними при введенні в експлуатацію асинхронного електроприводу»

Обчислення опору статора:

Сумарні відносні втрати енергії в статорі і роторі по відношенню до споживаної електроенергії рівні:

Споживана електрична потужність дорівнює:

Корисна механічна потужність на валу двигуна дорівнює

Відношення механічної РМ до електромагнітної РЕМ дорівнює відношенню номінальної швидкості обертання двигуна до синхронної:

Звідси електромагнітна потужність дорівнює:

Потужність втрат в статорі дорівнює різниці електричної та електромагнітної потужностей:

Звідси знаходиться опір статора:

Однак величина RS буде дещо завищеною, тому що в електричну потужність pe входить потужність втрат в муздрамтеатрі, що не враховується в схемі заміщення.

Обчислення індуктивності розсіювання:

Пусковий струм дорівнює

де ki & ndash; кратність пускового струму.

У момент пуску через двигун протікає струм, у багато разів перевищує струм холостого ходу. Тому вплив контуру намагнічування незначне і схема заміщення зводиться до послідовного з'єднання опору статора RS, опору ротора RR і індуктивності розсіювання LX. Таку схему можна описати рівнянням:

Звідси:

Оскільки ще не визначено опір ротора, воно приймається рівним опору статора.

Обчислення опір ротора:

Вираз для ЕРС можна переписати у вигляді:

Квадрат ЕРС:

Падіння напруги на роторі дорівнює:

Потужність втрат в роторі дорівнює різниці електромагнітної і механічної потужностей:

Опір ротора:

Обчислюємо індуктивність намагнічування:

Рівняння балансу реактивних потужностей представляється у вигляді:

Звідси індуктивність намагнічування:

Критичний момент:

Висновок

Виходячи з вище представлених методик можна зробити висновок, що всі методики відрізняються один від одного і при розрахунку параметрів асинхронного двигуна за цими методиками ми отримаємо різні значення. Такий варіант є неприпустимим, так як для якісного управління потрібні максимально точні параметри двигуна. Тому наше завдання скласти методику розрахунку параметрів асинхронних двигунів різних потужностей і швидкостей, яка давала б максимально точні результати.

Список джерел

  1. Мощинский Ю.А., Беспалов В.Я. Кирякин А.А. Определение параметров схемы замещения асинхронных двигателей по каталожным данным // Электричество.– 1998.– №4. – С. 38–42.
  2. Кувшинов А. И. Идентификация параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя на основе экспертных оценок / А. И. Кувшинов, Н. И. Муха, О. А. Онищенко // Автоматизация судовых технических средств. – 2007. – Вып. 12. – С. 78–85.
  3. Усольцев А.А., Лукичев Д.В. Определение параметров модели асинхронного двигателя по справочным данням / Усольцев А.А., Лукичев Д.В. – Известия высших учебных заведений. Приборостроение. – 2008.– №10. Том 51– С.35–41.
  4. Ромашихин Ю.В., Родькин Д.И. Методы определения параметров машин переменного тока. // Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. Випуск 4/2010 (63). Частина 3. – С. 140–143.
  5. Островский А.В. Безитерационная методика определения параметров схемы замещения асинхронного двигателя. // В сб. Праці ТДАТУ, 2012 вип.. 12 Т2. С. 66–72.
  6. Гридин В.М. Расчет параметров схемы замещения асинхронных двигателей по каталожным данным / Электричество.– 2012. № 5, С. 40–45.
  7. Макеев М.С., Кувшинов А.А. Алгоритм расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным. // Вектор науки Тольяттинского государственного университета Выпуск № 1 (23). – 2013.– С. 108 –112.