1 Основні теоретичні положення

Вентилятори, які використовують на промислових підприємствах, приводяться в рух, як правило, від найбільш простих і надійних в експлуатації трифазних асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором і працюють в тривалому режимі з постійним навантаженням.

Для забезпечення однакової швидкості вала вентилятора і вала ротора привідного електродвигуна їх здійснють за допомогю муфти. Якщо ці швидкості повинні відрізнятися, вал електродвигуна і вал вертилятора зєднуються за допомогю механічної передачі.

Для експериментального визначення потужності електродвигуна, який буде забезпечувати нормальну роботу вентилятора, потужність його повинна бути достатньою для обертання вентилятора з номінальною швидкістю при відкритій заслонці повітреводу.

Змінюючи потужність Р₁ , яку споживає електродвигун з мережі, і вираховуючи втрати Р , що мають місце в самому електродвигуні, знаходимо потужність Р₂ на його валу

Р₂ = Р₁ - Р , кВт (5.1)

Вентиляторна установка працює у режимі постійного навантаженя, тому потужність привідного електродвигуна можна вважати рівною Р₂. Оскільки в каталогах електричних машин не завжди є електродвигуни з потужністю, що отримана експерементально, то вибирається електродвигун найближчої більшої потужності.

Таким чином, потужність електродвигуна Р_Д для приводу вентилятора повинна бути

Р_Д  Р_2. (5.2)

Вимірювання потужності Р₁, яка споживається асинхронним електродвигуном, здійснюється за показами приладів. експериментальне визначення втрат Р є складною задачею, тому їх визначають розрахункови методом.

Як відомо, втрати в асинхронному електродвигуні розділяють на: механічні, магнітні, електричні і додаткові.

Механічні втрати - втрати на тертя валу в підшипниках, поверхні ротора повітряним проміжком, щіток контактні кільця, а також магнітні втрати на перемагнічування і вихрові струми в сталі статора. Їх часто об'єднують в втрати холостого ходу ∆Р₀, які визначаються

∆Р₀ = Р₁₀ + ∆Р_м1 , (5.3)

де ∆Р₁₀ – втрати потужністі, при неробочому ході;

∆Р_м1 – втрат потужністі на нагрів обмоток статора при неробочому ході.

Електричні втрати, які мають місце в обмотках статора і ротора, характеризуються потужністю, що витрачається на нагрівання провідників, по яких протікає електричний струм.

При з’єднанні обмоток статора зіркою електричні втрати рівні

, (5.4)

де I₁ – фазний струм в обмотках статора електродвигуна, А;

r₁- активний опір одної фази обмотки статора, Ом.

У випадку з’єднаня обмоток статора трикутником, формула (5.4) має вигляд:

, (5.5)

оскільки при даному типі з’єднання струм, що протікає по даній обмотці статора, буде в рази менший за струм в проводах лінії, що підходять до електродвигуна.

Величина активного опору r₁ обмотки статора визначається із співвідношення:

, (5.6)

де К_Г - коефіцієнт, який враховує явище поверхневого ефекту і приймається рівним 1,05 – 1,15 для обмоток статора, виконаних відносно тонким приводом;

r₁₀ - омічний опір однієї фази статора, який визначається методом амперметра і вольтметра.

Електричні втрати в обмотках ротора з фазни ротором, які з’єднані зіркою, визначаються

, (5.7)

де I₂ – фазний струм в обмотці ротора, А;

r₂ - активний опір одної фази обмотки ротора, який прирівнюється омічному опору r₂₀ внаслідок малої частоти струмів в роторі, Ом.

Вимірювання величин r₁₀ і r₂₀ бажано проводити для нагрітого стану машини, що встановився.

Електричні втрати в роторі з короткозамкненою обмоткою наближено визначаються співвідношенням

, (5.8)

де S - ковзання.

Додаткові втрати Р_дод приймаються 0.5% від номінальної потужності електродвигуна, тобто

∆Р_дод = 0,005 Р_ном , (5.9)

де Р_ном – потужність, яка вказується в паспорті двигуна.

Таким чином, сумарні втрати в асинхронному електродвигуні

Р = Р₀ + Р_м1 + Р_м2 + Р_дод , (5.10)

або, враховуючи попередні співвідношення

(5.11)

Підставивши (5.11) у (5.1) отримуємо потужність на валу електродвигуна:

(5.12)

Величина ковзання визначається із співвідношення

, (5.13)

де ₁ = 60 f / p – синхронна швидкість, (p – кількість пар полюсів; f – частота мережі живлення 50 Гц).

₂ - швидкість ротора, виміряна тахометром.

Після визначення потужності Р₂, знаходиться коефіцієнт завантаження ₁ електродвигуна

(5.14)

де Р_НОМ – номінальна потужність встановленого електро-двигуна.

Якщо величина коефіцієнта завантаження ₁ виявиться до 45%, то встановлений електродвигун, що працює з незмінними значеннями коефіцієнта потужності (сos ) і ККД () (рис.5.1) потрібно замінити на електродвигун меншої потужності.

При ₁>70% електродвигун потрібно залишити. Якщо ж коефіцієнт завантаження ₁ буде в межах 45%<₁<70%, то питання доцільності заміни його може бути вирішене тільки шляхом розрахунку, причому перевага віддається тому електродвигуну, при якому втрати активної потужності в системі менше.

Рисунок 5.1 – Робочі характеристики асинхронного двигуна

В окремому випадку, заміна електродвигуна іншим меншої потужності завжди себе оправдовує, якщо має місце зменшення активної потужності в самому електродвигуні, тобто коли

(5.15)

де Р₂ – потужність на валу електродвигуна привода вентиля-тора;

₁, ₂ – значення ККД, встановленого і вибраного електро-двигунів при відповідних коефіцієнтах завантаження, що знаходяться за формулою (5.14).

Числові значення ККД (₁ і ₂) знаходяться за кривими ₁ = f(₁), ₂ = f(₂), котрі будуються за даними каталогів електричних машин.

Якщо величина Р_Д < 0, то для кінцевого вирішення питання про заміну електродвигуна необхідно знайти загальні втрати активної потужності в системі за формулою:

Р_С = Р_д + К_е ( Q₁ – Q₂ ) (5.16)

Якщо величина Р_С > 0, то заміна електродвигуна на меншу потужность доцільна, і при Р_С  0 – заміна електродвигуна недоцільна.

Величини Q₁ і Q₂ – це реактивні потужності відповідно встановленого і вибраного електродвигунів при коефіцієнтах навантаження ₁ і ₂, а коефіцієнт К_е є економічним еквівалентом реактивної потужності, котрий при коефіцієнті потужності електроприймача cos  = 0,75  0,90 приймається відповідно К_е = 0,08  0,06.

Числові значення Q₁ і Q₂ знаходяться із співідношення

, (5.17)

де Q_Хі – реактивна потужність, яка використовується електро-двигуном при неробочому ході;

tq _номі – знаходиться за номінальним коефіцієнтом потужності електродвигуна;

т_і – коефіцієнт, який залежить від cos  _номі (рис.5.2).

Рисунок 5.2 – Залежність коефіцієнта т від номінального коефіцієнта потужності cos _ном асинхронного електродвигуна

З достатньою для практики точністю Q_і можна визначити за формулою

, (5.18)

де _і = f ( _i ) і знаходиться за графіком (рис.5.3).

Реактивна потужність Q_Хі, яка використовується електродвигуном в режимі холостого ходу, знаходиться із співвідношення

(5.19)

де Р_номі і _номі - відповідно номінальні значення потужності і ККД встановленого і вибраного електродвигунів.

Рисунок 5.3 – Залежність коефіцієнта  від коефіцієнта завантаження асинхронного електродвигуна

2 ПРОГРАМА РОБОТИ

2.1 Ознайомитися з режимом роботи електродвигуна привода вентилятора.

2.2 Визначити потужність на валу електродвигуна методом розділення втрат.

2.3 Знайти потужність електродвигуна для приводу вентилятора.

2.4 Вибрати за каталогом електродвигун для приводу вентилятора і визначити доцільність заміни ним встановленого електродвигуна.

3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ

Установка, для дослідження привода вентилятора і експериментального визначення потужності його двигуна (рис.5.4) складається з трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором М1 , який приводить в рух відцентровий вентилятор. На одному валу з двигуном М1 знаходиться тахогенератор М2 з тахометром Рω для вимірювання швидкості.

Увімкнення схеми здійснюється з допомогою автоматичного вимикачів QF1 і QF2.

Для вимірювання лінійної напруги U , струму в фазах І, а також споживаної потужності Р₁ в колі статора передбачений вимірювальний комплект К505.

Триполюсний перемикач SA дозволяє підводити до обмоток статора трифазний струм або приєднати їх до постійного струму, де методом амперметра і вольтметра визначається омічний опір обмотки.

Струм регулюється резистором RR1 і контролюється амперметром РА₀. напруга вимірюється вольтметром PV₀.

Рисунок 5.4 – Принципова схема дослідження електроприводу вентиляторної установки

4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

4.1 Ознайомитись з приладами, апаратами, венти-лятором і іншим обладнанням експериментальної установки і записати їх технічні характеристики.

4.2 Зібрати схему установки (рис.5.4) для експери-ментального дослідження потужності, споживаної приводом вентилятора, і закрити заслонку системи вентиляції.

4.3 Перевірити схему керівником роботи.

4.4 Увімкнутии автоматичний вимикач QF1.

4.5 Перевести перемикач SA в положеня для живлення обмоток статора С1, С2, С3 від мережі змінного струму.

Впевнившись, що вентилятор обертається в правильному напрямку при закритій засувці виміряти U, І , Р і  в режимі неробочого ходу. Відкрити заслонку, дати установці попрацювати певний час для встановлення сталого режиму, після чого записати покази приладів, що знаходяться в колі статора. Виміряти з допомогою тахометра швидкість обертання валу вентилятора.

П р и м і т к а : Якщо напрям обертання при пуску виявився протилежним потрібному, то необхідно вимкнути установку і змінити послідовності живлення фаз статора, для чого треба пересунути місцями два проводи (дві фази), які підходять до обмоток статора, і знов увімкнути установку.

4.6 Змінюючи навантаження вентилятора з допомогою засувки, виміряти струм, потужність, напругу і частоту обертання. Результати досліджень занести в таблицю 5.1

Таблиця 5.1 – Результати досліджень

№ дос.	Напруга	Струм	Підведена потужність	Швидкість обертання вентилятора	Примітка
	U, B	I, A	P, кВт	, об/хв
1					Наванта-ження
2					Неробо-чий хід

4.7 Вимкнути автомат QF1 і після зупинки електро-двигуна, увімкнути автомат QF2. Триполюсний перемикач SA встановити в положення 2 для подачі постійної напруги обмотки на статора електродвигуна в дві фази (С1, С2). Визначити покази приладів при різних положеннях повзунка регулювального реостату RR1. Результати досліджень занести в таблицю 5.2.

Таблиця 5.2 – Результати вимірювання омічного опору

№ досліду	Напруга , U0, B	Струм, І0, А	Результати розрахунків r10
1
2
3

4.8 На основі результатів досліджень (таблиці 5.1 і 5.2) провести розрахунки і занести результати в таблицю 5.3.

4.9 Підрахувати величину омічного опору обмотки статора. При розрахунку використовувати співвідношення для з’єднання обмотки статора зіркою:

; (5.20)

для з’єднання трикутником:

. (5.21)

4.10 Вибрати за каталогом електродвигун, необхідний для приводу вентилятора, зиписати його технічні дані, а також дати рекомендації, підкріплені розрахунками, про заміну або подальшу експлуатацію встановленого електродвигуна.

Таблиця 5.3 – Дані досліджень і результати розрахунків

№ досліду	Результати розрахунків
	1	S	1-S	ΔPМ1	ΔPМ2	ΔР0	ΔРД	Р	Р2
	об/хв			Вт	Вт	Вт	Вт	Вт	Вт
1
2
3
4
5
6

5 ЗМІСТ ЗВІТУ

У звіті необхідно подати

5.1 Схему установки та її короткий опис.

5.2 Таблиці з даними дослідів та розрахунків.

5.3 Розрахувати потужність електродвигуна та вибрати його по каталогу.

5.4 Висновки по роботі установки.

6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

6.1 Які існують методи визначення потужності на валу електродвигуна?

6.2 Які втрати мають місце в асинхронному електро-двигуні, від чого вони залежать і як визначаються?

6.3 Яке має значення правильний вибір потужності електродвигуна?

6.4 Що є основним для вибору потужності, роду струму, величини напруги, швидкості руху і конструктивного виконання приводного електродвигуна?

6.5 В яких випадках доцільно заміняти недостатньо завантажені асинхронні електродвигуни на меншу потужності, і коли така заміна не дає помітного результату?

6.6 Який показник визначає доцільність заміни незавантажених електродвигунів на меншу потужності і як він визначається?