Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя. Какие виды потерь имеют место в асинхронном двигателе

Потери и КПД асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии, поэтому полезная мощность на выходе двигателя всегда меньше мощности на входе (потребляемой мощности) на величину потерь :

. (13.1)

Потери

преобразуются в теплоту, что в конечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания , где . Частота перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети , а частота перемагничивания сердечника ротора . При частоте тока в сети Гц и номинальном скольжении

частота перемагничивания ротора

Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практических расчетах не учитывают.

Электрические потери в асинхронном двигателе вызваны нагревом обмоток статора и ротора проходящими по ним токами. Величина этих потерь пропорциональна квадрату тока в обмотке (Вт):

электрические потери в обмотке статора

; (13.2)

электрические потери в обмотке ротора

. (13.3)

Здесь и – активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру :

, (13.4)

где: и – активные сопротивления обмоток при температуре 9 ; – температурный коэффициент, для меди и алюминия .

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

, (13.5)

где: – электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

. (13.6)

Из (13.5) следует, что работа асинхронного двигателя экономичнее при малых скольжениях, так как с ростом скольжения растут электрические потери в роторе.

В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо перечисленных электрических потерь имеют место еще и электрические потери в щеточном контакте , где – переходное падение напряжения на пару щеток.

Механические потери – это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора . В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.

Добавочные потери включают в себя все виды трудноучитываемых потерь, вызванных действием высших гармоник МДС, пульсацией магнитной индукции в зубцах и другими причинами. В соответствии с ГОСТом добавочные потери асинхронных двигателей принимают равными 0,5% от подводимой к двигателю мощности

. (13.7)

При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением

. (13.8)

где: – коэффициент нагрузки.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

. (13.9)

[см. (13.6)] передается на ротор где частично расходуется на электрические потери

и преобразуется в полную механическую мощность

. Часть мощности идет на покрытие механических

и добавочных потерь

, а оставшаяся часть этой мощности

составляет полезную мощность двигателя.

Рис. 61. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

У асинхронного двигателя КПД

. (13.10)

Электрические потери в обмотках

являются переменными потерями, так как их величина зависит от нагрузки двигателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора [см. (13.2) и (13.3)]. Переменными являются также и добавочные потери (13.8). Что же касается магнитных

и механических

, то они практически не зависят от нагрузки (исключение составляют двигатели, у которых с изменением нагрузки в широком диапазоне меняется частота вращения).

, величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности. График зависимости КПД от нагрузки

Для асинхронных двигателей имеет вид, рис. 62.

КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт , для двигателей мощностью более 10 кВт .

Коэффициент полезного действия является одним из основных параметров асинхронного двигателя, определяющим его энергетические свойства – экономичность в процессе эксплуатации. Кроме того, КПД двигателя, а точнее величина потерь в нем, регламентирует температуру нагрева его основных частей и в первую очередь его обмотки статора. По этой причине двигатели с низким КПД (при одинаковых условиях охлаждения) работают при более высокой температуре нагрева обмотки статора, что ведет к снижению их надежности и долговечности.

Глава 13

• Электромагнитный момент и рабочие характеристики асинхронного двигателя

§13.1. Потери и кпд асинхронного двигателя

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе, как и в других электрических машинах, связано с потерями энергии, поэтому полезная мощность на выходе двигателя Р2 всегда меньше мощности на входе (потребляемой мощности) Р1 на величину потерь Р :

Р2 = Р1 - Р (13.1)

Потери Р преобразуются в теплоту, что в конечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

Магнитные потери Рм в асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и потерями на вихревые токи, происходящими в сердечнике при его перемагничивании. Величина магнитных потерь пропорциональна частоте перемагничивания Рм = f β,

где β = 1,3 ÷ 1,5. Частота перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети (f = f1), а частота перемагничивания сердечника ротора f = f2 =f1s.При частоте тока в сети f 1 = 50 Гц при номинальном скольжении sном = 1 ÷ 8 % частота перемагничивания ротора f = f2 = 2 ÷ 4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора настолько малы, что их в практических расчетах не учитывают.

электрические потери в обмотке статора

Рэ1 = m1 I21 r1 ; (13.2)

электрические потери в обмотке ротора

Рэ2 = m2 I22 r2 = m1 I′ 21 r′ 1 (13.3)

Здесь r1 и r2 — активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру Θраб (см. § 8.4):

r1 = r1.20 [1 + α (Θраб - 20)]; r2 = r2.20 [1 + α (Θра6 - 20)], (13.4)

где r1.20 и r2.20 — активные сопротивления обмоток при температуре Θ1 = 20 °С; α — температурный коэффициент, для меди и алюминия α = 0,004.

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

Рэ2 = s Рэм (13.5)

где Рэм — электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

Рэм = Р1 = (Рм + Рэ1) (13-6)

В асинхронных двигателях с фазным ротором помимо перечисленных электрических потерь имеют место еще и электрическиe потери в щеточном контакте Рэ.щ = 3 I2 ΔUщ /2, где Uщ =2,2 В - переходное падение напряжения на пару щеток.

Механические потери Рмех — это потери на трение в подшипниках и на вентиляцию. Величина этих потерь пропорциональна квадрату частоты вращения ротора (Рмех = n22). В асинхронных двигателях с фазным ротором механические потери происходят еще и за счет трения между щетками и контактными кольцами ротора.

Рдо6 = 0,005 Р1. (13.7)

При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением

Р′доб = Рдоб β2 (13-8)

где β = I1/ I1ном —коэффициент нагрузки.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

P = Рэм + Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рдоб. (13.9)

На рис. 13.1 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя, из которой видно, что часть подводимой к двигателю мощности Р1 =m1U1I1cosφ1затрачивается в статоре на магнитные Рыи электрические Рэ1потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность Рэм[см. (13.6)] передается на ротор, где частично расходуется на электрические потери Рэ2и преобразуется в полную механическую мощность Р′2. Часть мощности идет на покрытие механических Рмехи добавочных потерь Рдоб, а оставшаяся часть этой мощностиР2 составляет полезную мощность двигателя.

У асинхронного двигателя КПД

η = Р2/ Р1 =1 - P. (13.10)

Электрические потери в обмотках РЭ1 и РЭ2 являются переменными потерями, так как их величина зависит от нагрузки двигателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора [см. (13.2) и (13.3)]. Переменными являются также и добавочные потери (13.8). Что же касается магнитных Рм и механических Рмех, то они практически не зависят от нагрузки (исключение составляют двигатели, у которых с изменением нагрузки в широком диапазоне меняется частота вращения).

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также меняет свою величину: в режиме холостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увеличивается, достигая максимума при нагрузке (0,7 ÷ 0,8)Рном. При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке (P2 > Рном) он резко убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь (Рэ1 + Рэ2 + Рдоб), величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности. График зависимости КПД от нагрузки η = f (β) для асинхронных двигателей имеет вид, аналогичный представленному на рис. 1.41 (см. рис. 13.7).

КПД трехфазных асинхронных двигателей общего назначения при номинальной нагрузке составляет: для двигателей мощностью от 1 до 10 кВт ηном = 75 ÷ 88%, для двигателей мощностью более 10 кВт ηном =90 ÷ 94%.

Рис. 13.1. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

Пример 13.1. Трехфазный асинхронный двигатель работает от сети напряжением 660 В при соединении обмоток статора звездой. При номинальной нагрузке он потребляет из сети мощность Р1 = 16,7 кВт при коэффициенте мощности cos φ1 = 0,87. Частота ηвращения nном = 1470 об/мин. Требуется определилить КПД двигателя ηhоm, если магнитные потери Рм = 265 Вт, а механические потери Рмех = 123 Вт. Активное сопротивление фазы обмотки статора r1.20 = 0,8 Ом, и класс нагревостойкости изоляции двигателя F (рабочая температура Θра6 =115 °С).

Решение. Ток в фазе обмотки статора

I1ном ===16,8 А

где U1 = 660/ = 380 В.

Сопротивление фазы обмотки статора, пересчитанное на рабочую температуру

Θраб = 115 ˚С, по (13.4)

r1 = r1.20 [1 + α (Θраб - 20)] = 0,8[1 + 0,004(115 - 20)] = 1,1 Ом.

Электрические потери в обмотке статора по (13.2)

Рэ1 = m1 I21ном r1 = 3 • 16,82 • 1,1 = 93 1 Вт.

Электромагнитная мощность двигателя по (13.6)

РЭМ = Р1 - (Рм + Рэ1) = 16,7 • 103 - (265 + 931) = 15504 Вт.

Номинальное скольжение sном = (n1 – nном)/ n1 = (1500 - 1470)/1500 = 0,020 . Электрические потери в обмотке ротора по (13.5)

Рэ2 =sном Рэм = 0,020 • 15504 = 310 Вт.

Добавочные потери по (13.7)

Рдо6 = 0,005 Р1 =0,005 • 16,7 • 103 =83 Вт.

Суммарные потери по (13.9)

Р = Рм + Рэ1 + Рэ2 + Рмех + Рмех = 265 + 931 + 310 + 123 + 83 = 1712 Вт.

КПД двигателя в номинальном режиме по (13.10)

ηном = 1 - Р/ Р1 = 1 - 1712/ (16,7 • 103) = 0,898 , или 89,8%.

Коэффициент полезного действия является одним из основных параметров асинхронного двигателя, определяющим его энергетические свойства — экономичность в процессе эксплуатации. Кроме того, КПД двигателя, а точнее величина потерь в нем, регламентирует температуру нагрева его основных частей и в первую очередь его обмотки статора. По этой причине двигатели с низким КПД (при одинаковых условиях охлаждения) работают при более высокой температуре нагрева обмотки статора, что ведет к снижению их надежности и долговечности (см. § 8.4).

studfiles.net

Потери и КПД асинхронного двигателя.

. (13.1)

Потери преобразуются в теплоту, что в конечном итоге ведет к нагреву машины. Потери в электрических машинах разделяются на основные и добавочные. Основные потери включают в себя магнитные, электрические и механические.

электрические потери в обмотке статора

; (13.2)

электрические потери в обмотке ротора

. (13.3)

Здесь и – активные сопротивления обмоток фаз статора и ротора пересчитанные на рабочую температуру :

, (13.4)

где: и – активные сопротивления обмоток при температуре 9 ; – температурный коэффициент, для меди и алюминия .

Электрические потери в роторе прямо пропорциональны скольжению:

, (13.5)

где: – электромагнитная мощность асинхронного двигателя, Вт:

. (13.6)

. (13.7)

При расчете добавочных потерь для неноминального режима следует пользоваться выражением

. (13.8)

где: – коэффициент нагрузки.

Сумма всех потерь асинхронного двигателя (Вт)

. (13.9)

На рис. 61 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя, из которой видно, что часть подводимой к двигателю мощности затрачивается в статоре на магнитные и электрические потери. Оставшаяся после этого электромагнитная мощность [см. (13.6)] передается на ротор где частично расходуется на электрические потери и преобразуется в полную механическую мощность . Часть мощности идет на покрытие механических и добавочных потерь , а оставшаяся часть этой мощности составляет полезную мощность двигателя.

Рис. 61. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя

У асинхронного двигателя КПД

. (13.10)

Электрические потери в обмотках и являются переменными потерями, так как их величина зависит от нагрузки двигателя, т. е. от значений токов в обмотках статора и ротора [см. (13.2) и (13.3)]. Переменными являются также и добавочные потери (13.8). Что же касается магнитных и механических , то они практически не зависят от нагрузки (исключение составляют двигатели, у которых с изменением нагрузки в широком диапазоне меняется частота вращения).

Коэффициент полезного действия асинхронного двигателя с изменениями нагрузки также меняет свою величину: в режиме холостого хода КПД равен нулю, а затем с ростом нагрузки он увеличивается, достигая максимума при нагрузке . При дальнейшем увеличении нагрузки КПД незначительно снижается, а при перегрузке он резко убывает, что объясняется интенсивным ростом переменных потерь , величина которых пропорциональна квадрату тока статора, и уменьшением коэффициента мощности. График зависимости КПД от нагрузки Для асинхронных двигателей имеет вид, рис. 62.

ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И КПД АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ — КиберПедия

Цель работы: изучить особенности расчета потерь энергии и КПД асинхронного двигателя.

Подготовка к работе:

Для решения данной практической работы необходимо знать устройство и принцип действия асинхронного двигателя и зависимости между электрическими величинами, характеризующими его работу.

Мощность трехфазного асинхронного двигателя:

, (1)

где Р1, Q1– активная и реактивная мощности двигателя.

Активная мощность двигателя Р1определяет среднюю мощность необратимого преобразования в двигателе электрической энергии, получаемой из трехфазной сети, в механическую, тепловую и другие виды энергии, а реактивная мощность Q1 – максимальную мощность обмена энергией между источником и магнитным полем двигателя.

Преобразование энергии в двигателе показано на энергетической диаграмме (рис.1).

Рис.1

В ней исходной величиной является активная мощность потребления электрической энергии из трехфазной сети Р1.

Часть этой мощности Ро1 составляет мощность потерь на нагревание проводов обмотки статора. Остальная мощность преобразуется в мощность вращающегося магнитного поля Рвр.п, часть которой Рст1 составляет мощность потерь из-за гистерезиса и вихревых токов в сердечнике статора. Мощность потерь в сердечнике ротора, через который замыкается вращающийся магнитный поток, практического значения не имеет, так как частота тока в роторе f2 весьма мала (1-3 Гц), и мощность потерь из-за гистерезиса и вихревых токов незначительна.

Оставшаяся часть мощности вращающегося магнитного поля составляет электромагнитную мощность ротора

. (1)

Электромагнитный момент двигателя Мэм при при частоте вращения n2определяется по формуле

(2)

Чтобы определить механическую мощность Рмех, развиваемую ротором, из электромагнитной мощности нужно вычесть мощность потерь на нагревание проводов обмотки ротора Ро2. Следовательно, , (3)

Полезная механическая мощность Р2на валу двигателя будет меньше механической мощности Рмех из-за механических потерь Рм.п в двигателе, т.е.

(4)

Суммарные потери в двигателе ∑р = Ро1+Рст1+Ро2+Рм.п(5)

или ∑р = Р1 –Р2(6)

Отношение полезной механической мощности Р2на валу двигателя к активной мощности Р1 потребления электрической энергии из сети определяет КПД асинхронного двигателя:

. (7)

КПД современных трехфазных асинхронных двигателей при номинальном режиме работы составляет 0,8 -0,95.

Ход выполнения работы:

Переписать условие задачи. Данные для своего варианта взять из таблицы 1. Решение необходимо выполнять по действиям с нумерацией и краткими пояснениями.

Асинхронный трехфазный двигатель с короткозамкнутым ротором при номинальной мощности Р2, напряжении Uном, и токе Iном потребляет из сети мощность Р1. КПД двигателя ηном, а коэффициент мощности cos φном. Потери в обмотках статора Ро1, в стали статора Рст1, в обмотках ротора Ро2, механические Рм.п. Суммарные потери в двигателе ∑р. Электромагнитная мощность, передаваемая магнитным потоком ротору, Рэм. Двигатель развивает номинальный момент Мном и электромагнитный момент Мэм при частоте вращения n2. Определить величины, отмеченные прочерками в таблице1.

Начертить в масштабе энергетическую диаграмму двигателя.

Таблица 1

№ вар.	Р2	Uном	Iном	Р1	ηном	cosφ	Ро1	Рст1	Ро2	Рм.п	∑р	Рэм	Мном	Мэм	n2
кВт	В	А	кВт			кВт	кВт	кВт	кВт	кВт	кВт	Нм	Нм	об/мин
	-		15,8	-	0,88	-	0,25	-	0,15	-	-	4.73	29,8	-
	-		-	2,91	0,86	0,82	-	0,1	0,08	0,05	-	-	8,22	-	-
	4,5		-	-	-	0,85	0,25	-	0,15	0,08	0,62	-	29,8	-	-
	-		5,38	-	0,86	0,82	0,18	0,1	0,08	-	-	-	-	-
	-		22,4	-	-	-	-	0,4	-	0,2	2,2	20,8		-
		-	14,2	-	-	0,85	-	0,2	-	0,11	0,96	7,36	-		-
	-	-	22,4	22,2	-	0,87		-	0,6	-	2,2	20,8	-	-
	2,5	-	5,38	-	0,86	0,82	0,18	-	-	0,05	-	2,53	-	8,33	-
			-	22,2	-	0,87		0,4	-	0,2	-	-	-	20,8	-
	-		14,2	7,96	-	-	0,4	-	0,25	-	0,96	-	-	7,36

Контрольные вопросы:

1. В чем сущность активной и реактивной мощности асинхронного двигателя?

2. Какие виды потерь имеют место в асинхронном двигателе и какова их природа?

3. Дайте определение КПД асинхронного двигателя.

Практическая работа № 13

ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить особенности расчета генераторов постоянного тока

Подготовка к работе:В настоящее время одним из основных способов производства электроэнергии является преобразование механической энергии в электрическую, которое осуществляется генераторами постоянного и переменного тока

Генераторы постоянного тока (ГПТ) делят на два типа:

-с самовозбуждением (рис.1),

- с независимым возбуждением (рис.2).

Самовозбуждение в генераторах постоянного тока может быть осуществлено при параллельном (рис.1а), последовательном (рис.1б) и смешанном (рис.1в) соединении обмоток возбуждения с обмотками якоря.

а) б) в)

Рис.1.

Самовозбуждение генератора происходит при наличии трех условий:

1) остаточного магнитного потока, создающего ЭДС;

2) совпадения направления поля обмотки возбуждения с направлением остаточного магнитного потока;

3)сопротивление обмотки возбуждения меньше критического, т.е. когда ток возбуждения способен достигнуть значения, обеспечивающего заданную ЭДС.

Генератор с независимым возбуждением требует питания обмотки возбуждения отдельным независимым источником питания.

Рис. 2.

Уравнение ЭДС якоря генератора E = U + IaRa (1)

показывает связь между напряжением на выводах, падением напряжения в обмотке якоря и ЭДС якоря.

Ход работы:

1. Произвести расчет ГПТ с параллельным возбуждением рассчитанным на напряжение Uн и полезную мощность P2 . Сила тока в нагрузке Iн, в цепи якоря Iа, в обмотке возбуждения Iв. Сопротивление якоря Rа, обмотки возбуждения Rв. Генератор развивает ЭДС E. Электромагнитная мощность P1, суммарные потери ∑р при КПД ηг . Потери в якоре Pа, в обмотке возбуждения Pв.

2. Заполнить таблицу 1

Расчетные формулы и таблица 1 приведены ниже.

ηг = P2 ∕ P1 ; (2)

Eа = Uном + Iа Rа (3)

∑P = P1 - P2 ; (4)

Pэм = Eа Iа ; (5)

P2 = Uн Iн ; (6)

Pа = Iа2 Rа ; (7)

Pв = Iв2 Rв ; (8)

Iв = Uн ∕ Rв ; (9)

Iа = Iн + Iв ; (10)

Iв= Pв ∕ Uн (11)

Таблица 1

Вар	P2	Uном	Iн	Iв	Iа	Rа	Rв	Eа	Pэм	P1	∑P	ηг	Pа	Pв
№	кВт	В	А	А	А	Ом	Ом	В	кВт	кВт	кВт	-	Вт	Вт
						0,15						0,9
	20,7					0,18					2,8
				2,9			40,3			2,6
	11,8

						0,07					2,2
												0,9
	2,4		17,4			0,25					0,6
											2,8
	21,6											0,9

Контрольные вопросы

1.Дать определение генератора.

2.Начертить схемы включения генераторов с самовозбуждением и независимым возбуждением. Какая из схем нашла наибольшее распространение и почему?

3.Перечислить условия необходимые для возникновения самовозбуждения ГПТ.

Практическая работа № 14

ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: изучить особенности расчета двигателей постоянного тока.

Подготовка к работе:

Основное достоинство двигателей постоянного тока заключается в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов, что очень важно для тяговых двигателей на электрическом транспорте, а также для привода различного технологического оборудования.

Электрические машины постоянного тока малой мощности применяются в системах автоматического регулирования, как для привода исполнительных механизмов, так и в качестве датчиков частоты вращения подвижных частей регулируемой системы.

Недостатком двигателей постоянного тока является необходимость предварительного преобразования для них электрической энергии цепи переменного тока в электрическую энергию цепи постоянного тока.

Так же как и в генераторах, обмотки возбуждения двигателя могут иметь последовательное, параллельное и смешанное согласное включение обмоток, а также независимое (от постороннего источника тока или постоянного магнита).

Двигатель с параллельным возбуждением (рис.1а). Благодаря обратимости, работа машины постоянного тока в режиме генератора с параллельным возбуждением может быть заменена на работу в режиме двигателя. Для этого достаточно сначала уменьшить до нуля вращающий момент первичного двигателя, а затем приложить к валу тормозной момент. При этом уменьшается частота вращения и ЭДС якоря, а направление тока в его обмотке изменится на обратное. Этот ток, взаимодействуя с магнитным полем машины, будет создавать вращающий электромагнитный момент.

Естественная механическая характеристика двигателя с параллельным возбуждением n (Мвр) изображается прямой линией (рис.2а), слегка наклоненной в сторону оси абсцисс. При изменении нагрузки на валу двигателя от холостого хода до номинальной частоты вращения большинства двигателей параллельного возбуждения уменьшается лишь на 3–8%. Таким образом, естественную механическую характеристику двигателей с параллельным возбуждением следует считать жесткой.

Регулировать частоту вращения двигателя можно при помощи реостата в цепи якоря. Однако такое регулирование неэкономично из-за значительной мощности потерь и применяется лишь для двигателей небольших мощностей.

Более совершенный метод регулирования частоты вращения изменением напряжения якоря.

У двигателя с последовательным возбуждением (рис.1б) ток якоря является вместе с тем током возбуждения Iа = Iв . Благодаря такому соединению главный магнитный поток машины изменяется пропорционально току якоря, пока магнитопровод машины не насыщен. Как и все двигатели постоянного тока, этот двигатель для ограничения пускового тока снабжается пусковым реостатом Rп.

Ценным свойством этого двигателя является способность выдерживать сильные перегрузки при умеренном увеличении тока.

Механическая характеристика двигателя, показанная на рис.2б при IВ1= Iа, называется естественной характеристикой. Естественная механическая характеристика двигателя мягкая, так как изменение момента сильно сказывается на частоте вращения двигателя.

Для регулирования частоты вращения можно шунтировать обмотку возбуждения реостатом с регулируемым сопротивлением Rр. Возможно регулирование двигателя путем изменения напряжения на якоре.

Высокая перегрузочная способность и мягкая характеристика двигателя с последовательным возбуждением особенно ценны для электрической тяги (трамвай, метрополитен, электрические железные дороги и т.д.). Эти двигатели подходят также для работы в качестве крановых двигателей там, где имеются источники постоянного тока.

Двигатель со смешанным возбуждением (рис.1в). Двигатель с параллельным возбуждением имеет жесткую механическую характеристику, а двигатель с последовательным возбуждением – мягкую характеристику. В ряде случаев желательна некоторая промежуточная форма характеристики. Простейший способ получения такой характеристики – применение смешанного возбуждения двигателя.

В двигателе с последовательно – параллельным возбуждением преобладает последовательное возбуждение, но благодаря наличию параллельной обмотки возбуждения нарастание частоты вращения двигателя при уменьшении нагрузки на валу ограничено (рис.2 в).

В двигателе с параллельно – последовательным возбуждением преобладает параллельное возбуждение. Наличие дополнительного последовательного возбуждения стабилизирует основной магнитный поток двигателя и немного смягчает его жесткую механическую характеристику.

а) б) в)

Рис.1.

а) б) в)

Рис.2.

Ход работы:

1. Произвести расчет ДПТ с параллельным возбуждением, который развивает полезную мощность на валу P2, потребляя из сети ток I при напряжении Uном. Ток в обмотке якоря Iа, в обмотке возбуждения Iв. Частота вращения якоря n2. Двигатель потребляет из сети мощность P1. Полезный вращающий момент двигателя М. В якоре двигателя наводится противо-ЭДС Е. Сопротивление обмотки якоря Rа, обмотки возбуждения Rв, а КПД двигателя ηд. Используя данные таблицы 1, определить значения величин, отмеченные знаком «? ».

2. Заполнить таблицу 1

Расчетные формулы и таблица 1 приведены ниже.

P2 = P1 ηд; (1)

Ia = (Uном - E) ∕ Ra (2)

Iв = Uном ∕ Rв ; (3)

Iа = I - Iв ; (4)

P1= Uном I ; (5)

М = 9550 Р2 ∕ n2 (6)

Таблица 1

Вар

Uном

Iа

Iв

Rа

Rв

ηд

№

кВт

Ом

Н м

об/мин

0,28

0,8

0,85

2,2

0,13

0,85

8,5

21,3

0,94

95,5

0,85

36,4

0,28

19,1

0,8

81,8

79,6

0,13

0,85

3,2

35,4

0,28

23,3

21,3

95,5

3,2

36,4

35,4

19,1

Контрольные вопросы

1. Назовите преимущества и недостатки двигателей постоянного тока.

2. Начертить схемы включения двигателей с параллельным, последовательным и

смешанным возбуждением.

3. Назовите методы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока.

4. Начертите механические характеристики для каждого типа двигателей.

Практическая работа №15

cyberpedia.su

Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Преобразование электрической энергии в механическую в асинхронном двигателе связано с потерями энергии. Полезная мощность на выходе двигателя всегда меньше потребляемой из сети мощности на величину потерь.

1. Магнитные потерив асинхронном двигателе вызваны потерями на гистерезис и вихревые токи в сердечнике при его перемагничивании. Их величина пропорциональна частоте перемагничивания.

Частота перемагничивания сердечника статора равна частоте тока в сети а частота перемагничивания сердечника ротора обычно равна 2-4 Гц, поэтому магнитные потери в сердечнике ротора малы и их не учитывают.

2. Электрические потери – на нагрев обмоток статора и ротора.

Причём сопротивления обмоток зависят от температуры и необходимо их пересчитывать на рабочую температуру обмотки.

Потери в роторе зависят от скольжения:

В АД с фазным ротором есть ещё потери на сопротивлении щёточных контактов:

3. Механические потери – потери на трение в подшипниках машины и на вентиляцию. - пропорциональны частоте вращения ротора.

4. Добавочные потери – все трудноучитываемые потери типа действия высших гармоник ЭДС, пульсацией индукции в зубцах и др. Принимаются обычно полпроцента от подводимой мощности

Электрические и добавочные потери – переменные потери, они зависят от нагрузки двигателя. Магнитные и механические потери не зависят от нагрузки и постоянны.

12. Укажите, какими показателями характеризуются пусковые свойства асинхронных двигателей. Приведите схему и объясните способ пуска асинхронного двигателя с фазным ротором.

Пусковые свойства асинхронного двигателя оцениваются следующими пусковыми характеристиками:

а) величиной пускового тока Iп или его кратностью Iп/Iн;

б) величиной пускового момента Мп или его кратностью Мп/Мн;

в) продолжительностью и плавностью пуска двигателя в ход;

г) сложностью пусковой операции;

д) экономичностью пусковой операции (стоимость и надежность пусковой аппаратуры).

Реостатный пуск. Пуск двигателей с фазным ротором производится с помощью пускового реостата в цепи ротора. Применяются проволочные, с литыми чугунными элементами, а также жидкостные реостаты. По условиям нагрева реостаты рассчитываются на кратковременную работу.

С увеличением активного сопротивления ротора растет пусковой момент. Это свойство положено в основу пуска асинхронных двигателей с фазным ротором. Схема пуска двигателя показана на рис.1, а, процесс разгона — на рис.1, б.

На схеме пусковой реостат состоит из двух секций. Сопротивление пускового реостата Rпподбирается такое, чтобы пусковой момент был близок к максимальному (кривая 3 на рис.1, б). Пуск двигателя начинается при полностью введенном пусковом сопротивлении (контакты 1 и 2 на рис.1, а разомкнуты). Двигатель разгоняется до частоты, соответствующей скольжению S1. В этот момент замыкаются контакты 2, и в цепи ротора оказывается только одна секция пускового сопротивления, что соответствует характеристике 2, и двигатель продолжает разгоняться до частоты, определяемой скольжением S2. Когда все контакты замкнутся, они отключат пусковой реостат, и двигатель «выйдет» на естественную характеристику. На рис.1, а показан пусковой реостат, состоящий из двух секций. В общем случае количество секций может быть больше.

Пусковые характеристики асинхронного, двигателя при реостатном пуске наиболее благоприятны, так как высокие значения моментов достигаются при невысоких значениях пусковых токов. К сожалению, для асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором такой пуск невозможен

13. Приведите схемы и объясните способы пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Различают следующие способы пуска в ход асинхронных двигателейскороткозамкнутым ротором: прямое включение в цепь, реакторный, автотрансформаторный, с переключением звезды на треугольник.

Прямой пуск.При прямом пуске двигатель подключается к сети без пусковых устройств. Благодаря своей простоте он является одним из основных способов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 210 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Опишите и объясните принцип преобразования механической энергии в электрическую и наоборот с помощью электрических машин (явление электромагнитной индукции). | Описать и объяснить причины, вызывающие искрение на коллекторе машины постоянного тока. Указать степени искрения. | Виды коммутации. |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.058 сек.)

mybiblioteka.su

Способ снижения потерь в асинхронном электродвигателе

Изобретение относится к электротехнике .- Целью изобретения является повышение надежности и эффективности . Указанная целф достигается тем, что в способе снижения потерь в асинхронном двигателе при каждом изменении величины подводимого к асинхронному двигателю ( АД) 2 напряжения с помощью датчика 3 частоты вращения, датчика 7 активной мощности и датчика 6 момента измеряют частоту вращения п АД 2, активную мощность Р и момент М на валу АД 2. По измеренным величинам вычисляют коэфф1щиент полезного действия, коэффициент мощности и их произведение.В режиме холостого хода сравнивают каждое последующее значение коэффициента мощности с его предьщутцим значением, а в рабочем режиме - каждое последующее значение указанного произведения с его предыдущим значением. Изменение подводимого напряжения и его частоты осуществляют так, чтобы в режиме холостого хода коэффициент мощности , а в рабочем режиме указанное произведение поддерживались на макси- . мальном уровне. В результате исключается опрокидывание АД 2 в режимах малых нагрузок. Во всем диапазоне изменения нагрузки минимизируются потребление реактивной энергии и потери активной мощности. 1 ил. 2 (Л со 00 со Oi 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (511 4 Н 02 K 15/00, Н 02 Р 7/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3809177/24-07 (22) 04.07.84 (46) 15.09.87. Бюл. 1(34 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Производственного объединения "Завод ичени Владимира

Ильича (72) А.Е.Загорский, И.T.Пар, З.A.8aхарова и Е.В.Радина (53) 621.316.718.5 (088.8). (56) Авторское свидетельство СССР

1(860257, кл. Н 02 P 7/36, 1981.

Патент США 1(4052648, кл. Н 02 К 17/04, 1976. (54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ В АСИНХРОНН011 ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и эффективности. Указанная цель достигается тем, что в способе снижения потерь в асинхронном двигателе при каждом изменении величины подводимого к асинхронному двигателю (АД ) 2 напряжения с помощью датчика 3 часготы вращения, датчика 7 активной мощности и датчика 6 момента измеряют частоту вращения и АД 2, активную мощность P и момент M на валу АД 2. По измеренным величинам вычисляют коэффициент полезного действия, коэффициент мощности и их произведение.В режиме холостого хода сравнивают каждое последующее значение коэффициента мощности с его предыдущим значением, а в рабочем режиме вЂ” кахдое последующее значение указанного произведения с его предыдущим значением. Изменение подводимого напряжения и его частоты осуществляют так, чтобы в режиме холостого хода коэффициент мощности, а в рабочем режиме укаэанное произведение поддерживались на максимальном уровне. В результат6 исключается опрокидывание АД 2 в режимах малых нагрузок. Во всем диапазоне изменения нагрузки минимизируются потребление реактивной энергии и потери активной мощности. 1 ил.

1337968

cos Ч вЂ”

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронных двигателях, работающих при переменной нагрузке на валу.

Цель изобретения вЂ” повышение надежности и эффективности.

Еа чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего способ снижения потерь в асинхронном электРодвигателе.

Устройство содержит источник 1 регулируемого напряжения и частоты, выход которого соединен с асинхронным двигателем 2. На валу асинхронного двигателя 2 установлены датчик 3 частоты вращения и датчик 4 момента. К выходу источника 1 регулируемоro напряжения подклочены датчик 5 напряжения, датчик 6 тока и датчик 7 активной мощности. Выходы датчиков напряжения 5, тока 6, активной мощности 7, частоты вращения 3 и момента 4 подключены к входам арифметического блока 8 с двумя выходами Q,I Q которые подклочены к информационным входам

О«, 0 коммутатора 9, управляющий вход Ч которого подключен к выходу нуль-органа 10. Вход нуль-органа 10 подключен к выходу датчика 4 момента.

Выход коммутатора 9 подклочен к входу экстремального регулятора Il, два выхода которого U, F соединены с входами управления напряжением и частотой соответственно источника 1 регулируемого напряжения и частоты.

Датчики напряжения 5, тока 6, актинной мощности 7, частоты вращения 3 и момента 4 преобразуют соответствующие величины в аналоговый либо цифровой сигнал и подают нл вход арифметического блока 8, на выходе которого формируются сигналы

cos 1(P

U ° I (1)

0 1 (2) где P вЂ” значение активной мощности;

U,I вЂ” значения напряжения и тока двигателя соответственно; и вЂ” значение частоты вращения двигателя;

M вЂ” значение момента на валу дви гателя; коэффициент мощности; коэффициент полезного действия; коэффициент пропорциональност .

Нл выходе (), л рифме тич е с к о го блока 8 формируется сигнал, пропорциональньп! cos V, л нл выходе 0 указанного блока вЂ” си) нлл, про)п)!к««опальный произведению о cos V, Коммутатор 9 I3 эависHMoc7 от состояния входа управления Ч коммутирует на свой выход один из входов Dg или Э,, т.е. при V = 0 на выходе коммутатора присутствует сигнал с входа

П, а при V = 1 вЂ” сигнал с входа

D . Нуль-орган 10 формирует на своем выходе сигнал "0" в том случае, если сигнал на входе равен О«, и curIt I I нал 1 вЂ” в противном случае.

В устройстве способ реализуется следующим об)разом.

При работе асинхронного двигателя 2 в режиме холостого хода момент на валу двигателя равен нулю и, следовательно, на выходе датчика момента 4 будет нулевое значение сигнала, а следовательно, на управляющем входе V коммутатора 9 будет уровень "0 ) и на вход экстремального регулятора 11 коммутатор 9 подключен вход т. е. выход О арифметического бло 1 ка 8. Арифметический i .ок 8 непрерывно произ водит вычисление по выражениям (1) и (2) и, следовательно, на вход экстремального регулнторл 11 поступит cHI нал, пропорционлль«ый

cos F Iлсинхронного двиглтеля 2. Экстремальньп регулятор 1 v соотlte7c7вии с текущим значением cos )! изменяет значения управляюнцих воздействий

U, F таким образом, чтобы максимизировать cos Ч

При изменении управляющих воздействий U, F изменяются значения напряжения и частоты нл входе асинхронного двигателя 2 и, следовательно, значение cos)1".изменяется. Экстремальньп регулятор 11 по новому значению cos f и предыдущему определяет новые значения управляю|цих воэ«ействий. Процесс продолжается до 7=х пор, пока найденное 3Hà÷pHèp cos f не стлнет максимальным.

ЕСЛИ HAIРУЗКа «а ВаЛУ аСИНХРо«НО«в ига тел я 2 б «)де 7. Q7 IIH)I;I TH t Il нуля„то «л выходе длтчикл 4 мс мента будет сигнал, отличный от нуля, л следовательно, на управляющем вхo«e

V коммутатора 9 вЂ” сигнал "I" и «л вход экстремлльного регулятора II будет поступать сигнал, «poIIn»««онлль«ый произ«еде«ин 7 сов f, и, I ) 7968

Формула изобретения

Способ снижения по) ерь в асинхронном >лектродвигателе,при котором измеряют величины тока и напряжения на зажимах асинхронно го электродвигателя r последун>»ц»с» изменением»»eличинь> подводимого напряжения, о тСоставитель Л. Головченко

Техред Л.Олийнь»к

Корректор !!. Король

Род;»н", » о р i!. >»».», »Li»» Заказ 4139/51 Тираж 659 Подписное

И»И!П!И осударстве нного комитета СССР и делам изобретений и открытий

)1 )035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Прои «»ч»»сз венно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 сле до на тел»,но, »к с тремальнь»й ре гулявЂ” тор 1 I Г>уде» изменять значения управлянццих возде»»стви»» U, F также, как описано вьн»е до тех пор, пока значение q cos Ч не станет максималь»»ыч.

Предло» аемьп» способ снижения поте рь позволяет повысит»> надежно с ть работы асинхронного двигателя, так как искл» чает его опрокидывание в режимах малых нагру 3oK при этом во всем диапазоне изменения нагрузки ми»»имиз»»руютс»» потребление реактивной энергии и потери активной мощности. и и ч а ю шийся тем, что, с целью повыщения надежности и эффективности, при каждом изменении величины подводимо го напряжения дополнительно (> измеряют частоту вращения асинхронного электродвигателя, активную мощность и момент на его валу, по измеренным параметрам вычисляют эначеIð ния ЕПД, коэффициента мощности и их произведения, в режиме холостого хода сравнивают каждое последующее значение коэффициента мощности с его предыдущим значением, а в рабочих режимах сравнивают каждое последующее значение указанного произведения с его предьщуц»им значением и изменяют величину подводимого напряжения и его частоту так, чтобы в режиме холостого р хода коэффициент моц»ности, а в рабочих режимах указанное произведение поддерживались на максимальном уровне.

Способ снижения потерь в асинхронном электродвигателе

www.findpatent.ru

Потери мощности в синхронном двигателе. КПД двигателя.

Преобразование энергии в синхронной машине связано с потерями энергии. Все виды потерь в см разделяются на основные и добавочные.

Основные потери в см слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора: , где r1 – активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре.

Потери на возбуждение:

1) При возбуждении от отдельного возбудительного устройства

где rв – активное сопротивление обмотки возбуждения, - падение напряжения в контакте щеток.

2) При возбуждении от генератора постоянного тока, сочлененного с валом см.

Магнитные потери синхронной машины происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса Рг и вихревых токов Рв.т.

Механические потери, равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию. , где v2 – окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, l1 – конструктивная длинна сердечника статора.

Добавочные потери в синхронных машинах разделяются на два типа: пульсационные потери в полюсных наконечника ротора и потери при нагрузке.

Добавочные потери при нагрузке Рдоб в синхронных машинах определяют в % от подводимой мощности двигателей или от полезной мощности генераторов. Для синхронных машин мощностью до 1000 кВт добавочные потери 0,5%, а для см мощностью > 1000 кВт – от 0,25 до 0,4%.

Добавочные пульсационные потери Рп в полюсных наконечниках ротора обусловлены пульсацией магнитной индукции в зазоре из-за зубчатости внутренней поверхности статора.

Суммарные потери в синхронной машине

Коэффициент полезного действия:

для синхронного генератора ,

где - активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке.

для синхронного двигателя

Потери и КПД асинхронного двигателя.

Похожие статьи:

Глава 13

§13.1. Потери и кпд асинхронного двигателя

Потери и КПД асинхронного двигателя.

Похожие статьи:

ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ И КПД АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ — КиберПедия

Перечислите и охарактеризуйте потери мощности асинхронных двигателей. Приведите энергетическую диаграмму асинхронного двигателя.

Способ снижения потерь в асинхронном электродвигателе

Потери мощности в синхронном двигателе. КПД двигателя.

Похожие статьи:

Смотрите также