Асинхронный двигатель

3

• СОДЕРЖАНИЕ
• ЗАДАНИЕ 3
• РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ 3
• МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 4
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ФАЗ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 8
• ВЫБОР ПУСКОВОГО АППАРАТА 9
• ВЫБОР ЗАЩИТНОГО АППАРАТА 11
• ВЫБОР АППАРАТА УПРАВЛЕНИЯ 11
• ВЫБОР СЕЧЕНИЯ И МАРКИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ ПРОВОДОВ ИЛИ КАБЕЛЯ С УКАЗАНИЕМ СПОСОБА ПРОКЛАДКИ 13
• КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. ПОВЫШЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ 13
• ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА ОДИН МЕСЯЦ НЕПРЕРЫВНОЙ РАБОТЫ 14

ЗАДАНИЕ

Задание 1:

а) изучить рабочие характеристики асинхронного короткозамкнутого электродвигателя;

б) рассчитать и построить механическую характеристику М (S) согласно номеру варианта задания;

в) проверить возможность прямого пуска электродвигателя при питании его от трансформатора (при двух разных линейных напряжениях);

г) установить способ соединения фаз статора по заданному напряжению питающей сети.

Задание 2:

а) рассчитать и выбрать аппараты пуска, защиты и управления электродвигателем;

б) определить потребные сечения и марки соединительных проводов или кабеля и указать способы прокладки;

в) найти величину емкости батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности () электродвигателя до требуемого;

г) подсчитать расход электрической энергии нагруженным электродвигателем за один месяц непрерывной работы;

д) начертить принципиальную схему нереверсивного управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором (см. рис. 4).

Исходные данные к расчету

РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Рабочие характеристики асинхронного двигателя показывают зависимо-сти скорости вращения п, КПД , полезного момента М2, коэффициента мощности cos и тока I от полезной мощности Р2 при постоянных напряжениях и частоте f .

Скоростную характеристику - зависимость скорости вращения от полезной мощности - можно представить в виде кривой, слабо наклоненной к оси абсцисс. Скоростная характеристика асинхронного двигателя жесткая, т.е. скорость незначительно изменяется при изменении нагрузки.

Моментная характеристика - зависимость полезного момента от полезной мощности двигателя - представлена кривой, выходящей из начала координат и слегка изогнутой вверх, что объясняется уменьшением скорости вращения при увеличении полезной мощности.

Зависимость коэффициента мощности cos от полезной мощности двигателя имеет сложный вид. Асинхронный двигатель потребляет индуктивный ток для создания магнитного потока. Величина этого тока очень мало зависит от нагрузки. Сos трехфазных асинхронных двигателей всегда меньше единицы. Наименьшее значение он имеет при холостом ходе. Сos холостого хода асинхронных двигателей обычно меньше 0,2.

С увеличением полезной мощности растет активная составляющая статорного тока, увеличивается и коэффициент мощности, достигая наибольшей величины (0,8-0,9) при достижении номинальной нагрузки, а затем сos медленно уменьшается. Для двигателей большей мощности больше и номинальный коэффициент мощности.

Коэффициент мощности асинхронных двигателей сильно снижается при уменьшении загрузки. Для повышения сos нужно подбирать по мощности такие двигатели, которые работают большую часть времени с полной нагрузкой.

Зависимость КПД от полезной мощности выражается типичной кривой, выходящей из начала координат и достигающей максимума примерно при 80 %-и нагрузке, а затем постепенно КПД уменьшается. Номинальное значение КПД асинхронных двигателей составляет величину в пределах 80-94 %. Большие значения КПД - у двигателей большой мощности. КПД короткозамкнутых двигателей несколько выше, чем фазных.

Зависимость тока двигателя от полезной мощности соответствует кривой, изогнутой кверху. При перегрузке ток двигателя увеличивается быстрее роста мощности, так как в этом случае КПД и сos уменьшаются.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Механическая характеристика двигателя, если пренебречь активным сопротивлением обмотки статора, аналитически выражается следующей формулой:

где М - вращающий момент, развиваемый двигателем при скольжении S , Нм; Sк - критическое скольжение ротора.

Для увеличения пускового момента асинхронного короткозамкнутого двигателя и уменьшения пускового тока изготавливают специальные роторы: с глубоким пазом, с двойной беличьей клеткой и с увеличенным активным сопротивлением обмотки.

Перегрузочная способность электродвигателей с короткозамкнутым ротором доходит до 2,5-2,8.

Расчет. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А90Д2У3 имеет следующие данные: РН =3,0 кВт; nH= 2840 об/мин;

, Р=1

Требуется построить механическую характеристику М (S) двигателя при работе с номинальным напряжением.

Решение.

1. Скорость вращения магнитного поля

об/ мин

2. Номинальное скольжение

3.Критическое скольжение

4.Номинальный и максимальный (критический) моменты двигателя:

Н*м

Н*м

5. Для построения механической характеристики воспользуемся формулой

6. Задавшись различными значениями скольжения S, найдем соответствующие им значения момента М. Результаты расчетов занесем в таблицу 2.

Таблица 2

7. По данным табл.3 построим график М (s) (рис.1)

Рис.1 Механическая характеристика

ПРОВЕРКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРЯМОГО ПУСКА АСИНХРОННОГО КОРОТКОЗАМКНУТОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА, ПИТАЮЩЕГОСЯ ОТ ТРАНСФОРМАТОРА.

Операция прямого пуска короткозамкнутых двигателей проста: достаточно подать напряжение на статорную обмотку включением рубильника, магнитного пускателя или контактора.

Существенный недостаток этого способа - большой пусковой ток, он превышает номинальный в 4-7 раз. Большой пусковой ток вызывает большую потерю напряжения в питающей сети. Колебания напряжения в сети отрицательно сказываются на работе других потребителей этой сети; особенно это нежелательно при частых пусках двигателей. Включенные лампы сильно уменьшают свой накал, работающие двигатели уменьшают момент и могут остановиться, их перегрузочная способность уменьшается в зависимости от квадрата снижения напряжения. Кроме того, пускаемый двигатель при тяжелых условиях может "не развернуться". В связи с увеличением мощности источников питания и улучшением сетей прямой пуск короткозамкнутых асинхронных двигателей в настоящее время самый распространенный.

Для уменьшения пускового тока короткозамкнутых асинхронных электродвигателей применяются еще специальные способы пуска: реостатный, автотрансформаторный, пуск переключением обметок статора со звезды на треугольник и другие. При этих методах уменьшение пускового тока достигается уменьшением напряжения на фазе статорной обмотки электродвигателя.

Расчет. Проверить возможность пуска короткозамкнутого двигателя при питании его от трансформатора мощностью 20 кВА. Воздушная линия, питающая двигатель, имеет длину l = 250м и выполнена проводом А16. Расчет выполнить для напряжений сети 220/127 и 380/220 В.

Каталожные данные двигателя 4А90Д2У3: Рн =3 кВт; IH = 6,13 А при Uн = 380 В; IH = 10,61 А при Uн = 220 В; пн = 2840 об/мин; КПД = 84,5%; cos H =0,88; кратность пускового тока К1 =6,5; 0 = 2,1; =2,5.

Каталожные данные трансформатора ТCМ-160: UК - 4,5 %; SН = 20 кВА. Сопротивление воздушной линии А16 составляет 1,98 Ом/км. Пуск двигателя осуществляется вхолостую, трансформатор при этом работает также в холостую.

Решение:

Проверим возможность пуска двигателя при Uн = 220 В. Найдем потерю напряжения при пуске двигателя и допустимую потерю, при которой возможен пуск:

где - полное сопротивление короткого замыкания обмоток трансформатора;

- полное сопротивление соединительной линий, Ом;

- полное сопротивление короткого замыкания асинхронного двигателя, Ом.

Ом

2. Сопротивление линии

где ? - удельное сопротивление линии, Ом/км (прил.15); l -длина воздушной линии, км;

= 1,98*0,25=0,495Ом

3. Сопротивление двигателя

Ом

При UH =220B

4. При пуске электродвигателя потеря напряжения

5. Допустимая потеря напряжения

где и - кратности моментов мтрог и мизб (принимаются при пуске двигателя вхолостую + = 0,3)

Так как < , следовательно, прямой пуск двигателя от сети напряжением 220 В возможен.

Проверим возможность пуска двигателя при UН = 380 В:

Ом

2. Сопротивление линии

= 0,495Ом

3. Сопротивление двигателя

Ом

При UH =380B

4. При пуске электродвигателя потеря напряжения

5. Допустимая потеря напряжения

Так как < , следовательно, прямой пуск двигателя от сети напряжением 380 В возможен.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПОСОБА СОЕДИНЕНИЯ ФАЗ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Чтобы включить двигатель в сеть, нужно правильно выбрать схему соединения фаз статорной обмотки. В коробке выводов двигателя обычно шесть концов от трех фаз, что позволяет включать двигатель на два разных напряжения. Выбор схемы соединения ("звездой" или "треугольником") фаз двигателя зависит от номинального напряжения сети и номинального напряжения двигателя.

Схему соединения нужно выбрать такую, чтобы на фазу статорной обмотки приходилось номинальное напряжение. Напряжение на фазе двигателя по схеме "звезда" в 1,73 раза меньше напряжения сети, а по схеме "треугольник" напряжение на фазе двигателя равно напряжению сети. Так, двигатель с напряжением 380/220 В по схеме "звезда" должен включаться в сеть с напряжением 380 В, по схеме "треугольник" - в сеть с напряжением 220 В.

Таким образом, при соединении "звездой" UЛ=1,73UФ, "треугольником" Uл=Uф. Учитывая эти зависимости, при выборе схемы соединения фаз можно пользоваться табл.3 .

Таблица 3

Таблица для выбора способа соединения фаз электродвигателя

Страницы: 1, 2