Контрольное задание №7 «Трехфазный асинхронный двигатель»

Методические рекомендации к расчету контрольного задания

Основным параметром, характеризующим режим работы асинхронного двигателя, является скольжение s – относительная разность частоты вращения ротора двигателя n и его поля nо: s = (no - n) / no.

Область механической характеристики, соответствующая 0 ≤ s ≤ 1 – область двигательных режимов, причем при s < sкр работа двигателя устойчива, при s > sкр – неустойчива. При s < 0 и s > 1 момент двигателя направлен против направления вращения его ротора (соответственно рекуперативное торможение и торможение противовключением).

Устойчивый участок механической характеристики двигателя часто описывается формулой Клосса, подстановкой в которую параметров номинального режима можно определить критическое скольжение sкр:

gif-file, 2KB,

где: λ = Mkp / Mн – перегрузочная способность двигателя.

Механическая характеристика по данным справочника или каталога приближенно может быть построена по четырем точкам (рис.7.1):

gif-file, 2KB

При анализе работы двигателя в диапазоне нагрузок до Мн и несколько больше устойчивый участок механической характеристики можно приближенно описать уравнением прямой линии n=n0-вМ, где коэффициент “в” легко определяется подстановкой в уравнение параметров номинального режима nн и Мн.

7.2.2. Расчет основных параметров трехфазного асинхронного двигателя

Задача 1 (для четных вариантов)

Трехфазный короткозамкнутый асинхронный двигатель с номинальной мощностью Pн и номинальными напряжениями 660/380 В при схемах соединения обмоток звезда / треугольник подключен к сети с линейным напряжением 380 В (нечетные варианты) или 660 В (четные варианты) частотой 50 Гц. Двигатель имеет p пар полюсов магнитного поля и скольжение в номинальном режиме sн; КПД и коэффициент мощности в номинальном режиме равны соответственно ρн и cosφн. Кратность максимального момента двигателя λ = Mmax / Mн, пускового - β = Mпуск / Mн, кратность пускового тока Iпуск / Iн равна 7 (см. табл. 7.3).

Таблица 7.3

Вариант Pн,
кВт
sн,
%
ηн,
%
cos φн p λ β
1 10 4 88 0,89 1 2,2 1,5
2 13 3,5 88 0,89 1 2,2 1,5
3 17 3,5 88 0,9 2 2,3 1,2
4 22 3,5 87 0,9 2 2,3 1,1
5 30 3 89 0,9 1 2,2 1,1
6 40 3 89 0,91 1 2 1
7 55 3 90 0,92 3 2 1
8 75 3 90 0,92 3 2,2 1
9 100 2,5 91 0,92 4 2,2 1,4
10 10 2,5 89 0,87 4 2 1,4

Для заданного напряжения сети начертить схему соединения обмоток двигателя. Определить частоту вращения магнитного поля, номинальную частоту вращения ротора, номинальный момент, номинальные линейный и фазный токи и пусковой ток двигателя. Рассчитать критическое скольжение и критическую частоту вращения, максимальный и пусковой моменты двигателя и построить его естественную механическую характеристику. Оценить возможность пуска двигателя при номинальном моменте на валу и снижении питающего напряжения на 15%. Ответить на дополнительный вопрос к задаче в соответствии с вариантом.

Задача 2 (для нечетных вариантов)

Асинхронный короткозамкнутый двигатель с номинальной мощностью Pн и номинальной частотой вращения nн подключен к сети с линейным напряжением 380 В и частотой 50 Гц. В режиме холостого хода двигатель потребляет ток I0 при коэффициенте мощности cosφ0. КПД двигателя в номинальном режиме ρн, перегрузочная способность – λ = Мmax / Mн. При пуске ток двигателя равен Iпуск = кI Iн, пусковой момент – Мпуск= β Мн. Исходные данные приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4

Вариант Pн,
кВт
nн,
об/мин
ηн ,
%
I0 ,
A
cos φ0 kI λ β
1 22 2940 88,5 18,3 0,341 7,5 2,5 1,4
2 55 2945 91 42,4 0,392 7,5 2,5 1,4
3 1 1465 88,5 15,6 0,474 7 2,3 1,4
4 30 980 90,5 27 0,436 6,5 2,4 1,3
5 37 1475 91 32,1 0,368 7 2,5 1,4
6 45 740 91 51,5 0,363 6 2 1,2
7 75 590 92 95,5 0,243 6 1,8 1
8 55 490 91 85 0,312 6 1,8 1
9 11 975 86 12,6 0,403 6 2 1,2
10 90 2960 92 81,6 0,475 7,5 2,5 1,2

Определить активную P0 , реактивную Q0 мощности, потребляемые двигателем в режиме холостого хода, и активную мощность P, потребляемую из сети при номинальной нагрузке на валу. Считая реактивную мощность не зависящей от нагрузки, рассчитать полную мощность Sн,, ток Iн и коэффициент мощности cosφн двигателя в номинальном режиме. Определить номинальный Мн,, максимальный Мmax , пусковой Мпуск моменты двигателя и его пусковой ток Iпуск.

Рассчитать частоту вращения магнитного поля двигателя n0, его номинальное sн и критическое sкр скольжения, критическую частоту вращения nкр. По результатам расчетов по четырем точкам (холостой ход, номинальный, критический и пусковой режимы) построить естественную характеристику. Ответить на дополнительный вопрос к задаче в соответствии с вариантом.

Задача 3

В таблице 7.5 приведены технические характеристики трехфазных двухскоростных короткозамкнутых асинхронных двигателей (в числителе – для низшей скорости, в знаменателе – для высшей). Номинальное линейное напряжение двигателя – 380 В, 5О Гц. В таблице обозначено:

Таблица 7.5

Вариант sн,
%
ηн,
%
Iн,
А
cos φн λ β
1 4 / 2 5,33 / 7,33 76,0 / 74,0 3,7 / 4,8 0,81 / 0,86 2,1 / 1,9 1,7 / 1,7
2 8 / 4 2,53 / 1,47 89,5 / 88,5 68 / 88 0,75 / 0,90 1,8 / 1,9 1,6 / 1,4
3 12 / 6 1,40 / 1,50 83,0 / 90,0 55,5 / 55,7 0,53 / 0,85 1,8 / 1,8 1,7 / 1,5
4 8 / 4 1,33 / 2,67 76,5 / 84,0 12,0 / 17,7 0,69 / 0,92 2,0 / 2,0 1,5 / 1,2
5 6 / 4 2,00 / 2,00 83,0 / 81,5 29,6 / 28,4 0,68 / 0,85 2,2 / 2,2 1,4 / 1,3
6 4 / 2 1,53 / 1,50 93,0 / 87,0 95,2 / 118 0,86 / 0,89 2,0 / 2,2 1,8 / 1,8
7 6 / 4 5,00 / 5,33 76,0 / 76,0 8,2 / 7,4 0,68 / 0,86 1,8 / 1,8 1,3 / 1,3
8 12 / 6 2,00 / 1,50 77,5 / 88,0 32,0 / 28,2 0,55 / 0,86 1,8 / 2,0 1,5 / 1,5
9 8 / 4 2,53 / 4,33 90,8 / 91,3 148 / 158 0,85 / 0,94 1,8 / 2,3 1,3 / 1,3
10 6 / 4 1,00 / 1,33 86,5 / 87,0 38,2 / 43,0 0,78 / 0,89 2,2 / 2,2 1,5 / 1,5

Для каждой из скоростей двигателя определить частоту вращения магнитного поля no и номинальную частоту вращения ротора nн, потребляемую мощность Р, мощность на валу Рн, момент Мн в номинальном режиме работы, рассчитать максимальный Мmax и пусковой Мпуск моменты, критическое скольжение sкр и соответствующую ему частоту вращения nкр. По результатам расчетов построить (по четырем точкам) в одной системе координат механические характеристики двигателя.

Ответить на дополнительный вопрос к задаче в соответствии с вариантом.

7.2.3. Дополнительные вопросы к задачам 1, 2, 3

  1. Каковы особенности процессов в асинхронном двигателе (частота вращения, скольжение, момент, ток) при торможении противовключением? Покажите этот режим на механической характеристике.
  2. Почему асинхронный двигатель имеет низкий коэффициент мощности на холостом ходу?
  3. Как изменяется механическая характеристика асинхронного двигателя с фазным ротором при введении в цепь ротора резисторов? Проиллюстрируйте механическими характеристиками.
  4. Как осуществить реверс асинхронного двигателя? Чем объясняется возникающий при этом бросок тока статора?
  5. Что такое рекуперативное торможение асинхронного двигателя? Как оно реализуется? Покажите на характеристиках.
  6. Объяснить, почему короткозамкнутый асинхронный двигатель имеет пусковой момент, соизмеримый с номинальным, хотя его пусковой ток превышает номинальный в 5...7 раз.
  7. Рассмотреть физическую природу мощности потерь в стали двигателя. Как они зависят от нагрузки двигателя? Почему мощность потерь в стали ротора много меньше, чем в стали статора?
  8. Каким способом можно плавно регулировать частоту вращения асинхронного двигателя? Покажите на механических характеристиках.
  9. Какими физическими причинами объясняется изменение перегрузочной способности асинхронного двигателя при изменении величины питающего напряжения?
  10. Что такое динамическое торможение асинхронного двигателя? Покажите на характеристиках и объясните, как создается тормозной момент в этом режиме.