Лабы / 4_laboratornaya
.docxМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт: Энергетический
Направление подготовки (специальность): Электроэнергетика и электротехника
Кафедра: ЭЭС
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 4
ПОСТРОЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
(Название лабораторной работы)
по дисциплине: Электромеханические переходные процессы
Выполнил студент гр.___5А3Б____ ____________ Андреев Е.А.
(Номер группы) (Подпись) (Ф.И.О.)
_____ _____________ 2016г.
(Дата сдачи отчета)
Отчет принят:
____________ Шандарова Е.Б,
(Подпись) (ФИО)
_____ _____________ 2016г.
(дата проверки отчета)
Томск 2016 г.
Цель работы
Изучить особенности построения статических характеристик и расчета предельных по статической устойчивости режимов асинхронного электродвигателя.
Рисунок 1 - Схема исследуемой энергосистемы Рисунок 2 – Зависимости R(s) и x(s)
Для построения статических характеристик асинхронного электродвигателя обычно используется Г-образная схема замещения, приведенная на рис.1.
В качестве исходных данных выбираются:
P ном – номинальная активная мощность, кВт;
U ном – номинальное напряжение, кВ;
cosφ ном – номинальный коэффициент мощности;
s ном – номинальное скольжение;
s2 – второе опорное значение напряжения скольжения;
mст – статический момент сопротивления моментно-скоростной характеристики;
p – показатель степени нелинейной части моментно-скоростной характеристики;
k З – коэффициент загрузки.
Во всех случаях следует принимать p = 2. Остальные параметры задаются из таблицы 1.
Таблица 1. Данные по варианту
P ном, кВт |
U ном,кВ |
cosφ ном |
s ном |
mст |
k З |
2800 |
6 |
0,89 |
0,04 |
0,15 |
0,86 |
Все расчеты будем производить в программной среде MathCAD.
Ход работы:
1. Выразим исходные данные в системе относительных единиц:
2. Численные значения параметров R0, R1, XS0, XS1 выбираем в соответствии с рис. 2, и рассчитываем сопротивление намагничивания:
3. Рассчитаем параметры схемы замещения с учетом зависимости сопротивлений от скольжения.
4. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем при номинальной частоте сети серии зависимостей электромагнитной мощности электродвигателя от скольжения для следующего ряда значений напряжения:
5. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем при номинальной частоте мощность приводного механизма:
6. На одном графике построим семейство зависимостей РЭМОЕ(s) и РМЕХОЕ(s), рассчитанные в п.3 и п.5.
Рисунок 3 – Семейство зависимостей РЭМОЕ(s) и РМЕХОЕ(s)
7. Изменяя значение Uое в (20), приближенно подберём значение предельного напряжения Uпрое , при котором двигатель окажется на пределе статической устойчивости, построить зависимость Pэм ое (s) при U прое на графике п.6.
Рисунок 4 – РЭМОЕ(s) и РМЕХОЕ(s) при критическом значении U
8. Найдём точки пересечения зависимостей РЭМОЕ(s) и РМЕХОЕ(s), рассчитанные в п.3 и п.5, соответствующие устойчивому и предельному состояниям двигателя, построим статическую характеристику P(U). Построение статической характеристики P(U) производится по точкам пересечения кривых РЭМОЕ(s) с кривой РМЕХОЕ(s), при номинальной частоте сети.
Рисунок 4 – Статическая характеристика P(U)
9. При изменении скольжения от 0 до 1 с шагом 0,01 рассчитаем серии зависимостей РЭМОЕ(s) и РМЕХОЕ(s) для ряда значений частоты при номинальном напряжении сети:
10. На одном графике построить семейство зависимостей P эм ое (s) и P мех ое (s), рассчитанных в п.9, и по точкам их пересечения построим статическую характеристику P( f ).
Рисунок 5 - Семейство зависимостей P эм ое (s) и P мех ое (s)
Отсюда статическая характеристика
Рисунок 7 – Статическая характеристика P(f)
11. По значениям напряжения и скольжения в точках пересечения зависимостей из п.8 построим по (15) ветвь статической характеристики Q'(U) для работающего электродвигателя (при Uпрое≤U≤1,1).
Рисунок 8 – Зависимости из п.8
Рисунок 9 - Статическая характеристика Q'(U) для работающего электродвигателя
При s =1 в диапазоне построим по (15) ветвь статической характеристики Q''(U) остановленного двигателя.
Рисунок 10 - Статическая характеристика Q’'(U) для остановленного электродвигателя
Определим напряжение U прое в точке пересечения кривой Q''(U) с касательной ветви Q'(U) в точке, соответствующей значению производной . При расчете учитываем зависимости от скольжения по (2-3).
Uпрое=0,47 о.е.
12. По значениям частоты и скольжения в точках пересечения зависимостей из п.10 построим по (15) статическую характеристику Q'( f ) для работающего электродвигателя.
Рисунок 12- Статическая характеристика Q'( f ) для работающего электродвигателя.
13. По статической характеристике, построенной в п. 11 при U ое =1,1 определить коэффициент крутизны и регулирующий эффект.
Вывод:
В ходе данной лабораторной работы было найдено минимально возможное напряжение работы асинхронного двигателя, построены зависимости мощностей от скольжения и напряжения, были изучены особенности их построения, рассчитаны предельные по статической устойчивости режимы работы асинхронного двигателя.
Ответы на контрольные вопросы
1. Почему при увеличении скольжения возрастает активное и умень-
шается индуктивное сопротивление рассеяния роторной обмотки элек-
тродвигателя?
Известно, что сопротивления xs и R схемы замещения зависят
от режима работы электродвигателя. При увеличении sωc усиливается
эффект вытеснения тока из проводников ротора, что приводит к возрастанию активного сопротивления.
Индуктивное сопротивление рассеяния, напротив, убывает вследствие вытеснения магнитного потока рассеяния в воздушный зазор между ротором и статором и соответствующего уменьшения индуктивности рассеяния роторной обмотки.
2. Какие факторы определяют вид статических характеристик актив-
ной мощности двигателя по напряжению и частоте?
На статические характеристики асинхронного электродвигателя определяющее влияние оказывают момент сопротивления приводимого в движение механизма (механический момент M мех(Д)) и зависимости индуктивных сопротивлений от частоты.
3. Как определяются численные значения коэффициентов крутизны
и регулирующих эффектов по статическим характеристикам электродвигателей?
Коэффициентами крутизны статических характеристик называют численные значения частных производных мощностей по соответствую-
щим параметрам в именованных или относительных единицах:
Регулирующие эффекты определяют через эти же частные производные, выражая их в относительных единицах с той особенностью, что в качестве базисных величин принимаются значения параметров режима в рассматриваемых точках статических характеристик P0, Q0, U0, f0:
4. Как влияют на статическую устойчивость двигателя понижение
напряжения при постоянной частоте и понижение частоты при неизмен-
ном напряжении?
При глубоком снижении напряжения питания электродвигателя может быть получен режим, когда зависимости механической и электромагнитной мощности имеют всего одну общую точку. Дальнейшее снижение напряжения приводит к останову двигателя вследствие нарушения статической устойчивости его работы.
Понижение частоты при постоянном напряжении вызывает снижение оборотов двигателя, что приводит к нарушению технологического процесса и снижению его мощности, что снижает статическую устойчивость двигателя.
5. Какие условия принимаются в качестве критериев статической
устойчивости асинхронного электродвигателя?
Предельному по статической устойчивости режиму электродвигателя с параметрами Uпр, fпр, sпр, соответствует известное условие:
Критическое скольжение s кр соответствует максимуму зависимости
P эм (s) и определяется из условия:
Критическое скольжение часто рассматривают как некоторое приближение к предельному, более удобное для анализа и расчетов.
При P мех const предельное и критическое скольжения совпадают.