3.3 Снятие механических характеристик

Методика снятия механических характеристик одинакова – изменяя скорость вращения двигателя потенциометром Setpoint1, фиксируют показания на табло преобразователя частоты – ток нагрузочной машины и скорость вращения. Кроме того, необходимо отметить показания вольтметра U_С - это напряжение используется для теоретического расчета механических характеристик работы двигателя в различных режимах работы. Дело в том, что напряжение питания фаз статора при использовании трансформатора Тр не равно 220 В. Поэтому построение теоретических характеристик двигателя следует делать при том же напряжении, что и при экспериментальных исследованиях.

На каждой характеристике необходимо снять 10-12 точек, ориентируясь по токам статора у испытуемой и нагрузочной машин. Эти токи не должны превышать по абсолютной величине 5 А.

4. Оформление отчёта и анализ полученных результатов.

В отчете должны быть приведены: принципиальная электрическая схема установки; паспортные данные машин; задание на работу; расчетные формулы с необходимой расшифровкой величин; примеры расчета, доведенные до числового результата одной точки характеристики; таблицы, в которых сведены результаты полного расчета характеристик; таблицы с экспериментальными данными; теоретические и экспериментальные характеристики, построенные на одном рисунке; оценка влияния параметров схемы на вид механических характеристик; обоснование причин расхождения теоретических и экспериментальных характеристик.

Сравнение и анализ механических характеристик с точки зрения влияния внешних факторов, а также расхождения теоретических и экспериментальных характеристик должны проводиться по координатам критической точки _К и М_К.

Работа №5. Исследование механических характеристик системы преобразователь частоты - асинхронный двигатель

1. Программа работы.

1.1.Подготовка к работе.

Рассчитать и построить:

1.1.1. Механические характеристики асинхронного двигателя  = (М) при f₁ = f_1Н

и две в диапазоне частот f₁ > f_1Н при выполнении условия U₁ = U_1Н = const.

1.1.2. Две механические характеристики асинхронного двигателя  = (М) в диапазоне частот f₁  f_1H при выполнении условия U₁/f₁ = const.

1.2. Работа в лаборатории.

1.2.1. Осуществить пуск двигателя.

1.2.2. Снять механические характеристики, перечисленные в п. 1.1.1  1.1.2.

1.3. Составление отчёта.

Отчёт должен включать:

1. Принципиальную электрическую схему установки.

2. Паспортные данные машин и задание.

3. Таблицы с результатами расчётов теоретических характеристик и экспериментальных исследований.

4. Графики теоретических и экспериментальных характеристик.

5. Анализ полученных результатов и выводы.

2. Механические характеристики при частотном регулировании скорости.

Регулирование скорости асинхронных двигателей изменением частоты питающего напряжения, называемое частотным регулированием, является основным и самым экономичным способом регулирования скорости для двигателей с короткозамкнутым ротором (рис. 5.1).

Для изменения частоты питающего напряжения используются преобразователи частоты (ПЧ), которые преобразуют напряжение сети с частотой 50 Гц в трехфазное синусоидальное напряжение с частотой, регулируемой в широких пределах. Этот принцип основан на зависимости синхронной скорости двигателя от частоты:

,

где: f₁ - частота питающего напряжения; р_П - число пар полюсов двигателя.

Регулирование частоты питающего напряжения f₁ требует согласованного с ним изменения величины напряжения U₁, подаваемого на обмотку статора. Это обусловлено зависимостью индуктивного сопротивления обмоток от частоты питающего напряжения. При уменьшении частоты (f₁f_1Н) индуктивные сопротивления уменьшаются, что приводит, если не снижать напряжение, к значительному увеличению тока статора и, как следствие, насыщению магнитопровода и перегреву двигателя. Наиболее распространенный - пропорциональный закон регулирования U₁/f₁ = const, при котором U₁ изменяется пропорционально f₁, обеспечивает примерное постоянство критического момента во всей зоне регулирования от f_1Н = 50 Гц до f_1МИН (1 зона регулирования, линии 3 и 4 на рис. 5.1). Частота, при которой напряжение, подаваемое на статор, равно номинальному U_1Н, называется базовой (f_Б). Обычно f_Б = 50 Гц, но в ПЧ имеется возможность устанавливать при необходимости значения отличные от 50 Гц.

У всех ПЧ изменение выходного напряжения возможно только до номинального напряжения двигателя U_1Н. Поэтому во второй зоне регулирования при частотах выше базовой напряжение остается постоянным (U₁ = U_1Н = const) и закон U₁/f₁ = const не выполняется. При этом из-за увеличения индуктивных сопротивлений обмоток уменьшаются ток статора, магнитный поток и момент двигателя. Причем электромагнитный момент М уменьшается обратно пропорционально частоте f₁, а критический момент М_К – квадрату частоты (линии 1 и 2 на рис. 5.1).

Механические характеристики для обеих зон рассчитываются согласно (4.1) – (4.5) из работы № 4. Эти соотношения обычно используются для расчета характеристик при постоянной частоте f₁ = f_1Н, но с некоторыми изменениями они пригодны и для f₁ = var. Отличие состоит в том, что ₀ , Х_К, , М_К и s_К, входящие в эти формулы, зависят от частоты f₁, а М_К – еще и от напряжения U₁. Для этого указанные величины подменяются с использованием следующих обозначений:

 = f₁ / f_1Н, f₁  заданная частота, f_1Н = 50 Гц  номинальная частота двигателя;

₀* = 2f_1Н / р_П  синхронная скорость при номинальной частоте f_1Н;

₀ = ₀*    синхронная скорость при частоте f₁  f_1Н;

Х_К* индуктивное сопротивление двигателя при 50 Гц, паспортное значение;

Х_К = Х_К*    индуктивное сопротивление двигателя при f₁  f_1Н;

U₁ = U_1Н    напряжение для первой зоны регулирования (f₁  f_1Н);

U₁ = U_1Н  напряжение для второй зоны регулирования (f₁  f_1Н).

В первой зоне регулирования изменение напряжения в соответствии с законом управления U₁/f₁ = const обеспечивает примерное постоянство М_К только при соблюдении условия R₁ << Х_К = Х_К*, т.е. при частотах, близких к номинальной. При уменьшении частоты Х_К становится сначала соизмеримым, а затем даже меньше, чем R₁. Из-за этого полное сопротивление обмоток уменьшается медленнее, чем напряжение питания и, как следствие, происходит уменьшение тока статора и М_К.

Во второй зоне регулирования (при f₁ > f_Б) U₁ = U_1Н = const. Поэтому числитель (4.2) при увеличении частоты остается постоянным, а знаменатель увеличивается. В результате при увеличении частоты М_К уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты f₁ (штриховая линия на рис. 5.1).

Ниже приводятся паспортные данные двигателей.

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором – DT 80 K4

Номинальная механическая мощность, кВт – 0.55

Линейное напряжение питания при соединении обмоток звездой, В – 380

Частота напряжения питания, Гц – 50

Номинальный ток фазы статора, А – 1.75

Номинальная скорость вращения, об/мин – 1360

Номинальный cos φ – 0.72

Число пар полюсов – 2

Активное сопротивление фазы статора при 75 град. С, Ом – 19.2

Индуктивное сопротивление рассеяния фазы статора, Ом – 20.3

Приведенное активное сопротивление фазы ротора при 75 град. С, Ом – 12.24

Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния фазы ротора, Ом – 12.4

Приведенное индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом – 198

Вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов – CFM 71S

Номинальный момент, Нм – 5

Номинальный фазный ток, А – 2.2

Номинальное напряжение питания при соединении обмоток звездой, В - 380

Номинальная скорость вращения, об/мин – 2000

Расчет механических характеристик двигателя при частотном управлении ведут аналогично п. 2 в работе № 4. Результаты расчета сводят в таблицу 5.1. Отметим, что при расчете следует ограничиться областью работы с s > 0.

Таблица 5.1. Расчет механических характеристик асинхронного двигателя при частотном управлении.

f1 < f1Н

f1 < f1Н

f1 = f1Н

f1 > f1Н

f1 > f1Н

s

МК

ω

ε

М

МК

ω

ε

М

МК

ω

ε

М

МК

ω

ε

М

МК

ω

ε

М

Нм

рад/с

Нм

Нм

рад/с

Нм

Нм

рад/с

Нм

Нм

рад/с

Нм

Нм

рад/с

Нм