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 UС - 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 wК и МК.
РАБОТА №5.
Исследование механических характеристик системы
Преобразователь частоты - асинхронный двигатель
Программа работы.
Подготовка к работе.
Рассчитать и построить:
1.1.1. Механические характеристики асинхронного двигателя w = j(М) при f1 = f1Н
и две в диапазоне частот f1 > f1Н при выполнении условия U1 = U1Н = const.
1.1.2. Две механические характеристики асинхронного двигателя w = j(М) в диапазоне частот f1 < f1H 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:
1.3.1. Принципиальную электрическую схему установки.
1.3.2. Паспортные данные машин и задание.
1.3.3. Таблицы с результатами расчётов теоретических характеристик и экспериментальных исследований.
1.3.4. Графики теоретических и экспериментальных характеристик.
1.3.5. 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; рП - 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<f1Н) 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 f1Н = 50 Гц до f1МИН (1 зона регулирования, линии 3 и 4 на рис. 5.1). Частота, при которой напряжение, подаваемое на статор, равно номинальному U1Н, называется базовой (fБ). Обычно fБ = 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 U1Н. Поэтому во второй зоне регулирования при частотах выше базовой напряжение остается постоянным (U1 = U1Н = 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 МК – 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 = f1Н, но с некоторыми изменениями они пригодны и для f1 = var. Отличие состоит в том, что w0 , ХК, e, МК и sК, входящие в эти формулы, зависят от частоты f1, а МК – еще и от напряжения U1. Для этого указанные величины подменяются с использованием следующих обозначений:
a = f1 / f1Н, f1 - заданная частота, f1Н = 50 Гц - номинальная частота двигателя;
w0* = 2pf1Н / рП - синхронная скорость при номинальной частоте f1Н;
w0 = w0* × a - синхронная скорость при частоте f1 ¹ f1Н;
ХК*- индуктивное сопротивление двигателя при 50 Гц, паспортное значение;
ХК = ХК* × a - индуктивное сопротивление двигателя при f1 ¹ f1Н;
U1 = U1Н × a - напряжение для первой зоны регулирования (f1 < f1Н);
U1 = U1Н - напряжение для второй зоны регулирования (f1 > f1Н).
В первой зоне регулирования изменение напряжения в соответствии с законом управления U1/f1 = const обеспечивает примерное постоянство МК только при соблюдении условия R1 << ХК = ХК*×a, т.е. при частотах, близких к номинальной. При уменьшении частоты ХК 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 МК.
Во второй зоне регулирования (при f1 > fБ) U1 = U1Н = const. Поэтому числитель (4.2) при увеличении частоты остается постоянным, а знаменатель увеличивается. В результате при увеличении частоты МК 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 |