Выбор асинхронного двигателя

В сравнении с двигателями постоянного тока асин­хронные двигатели проще, дешевле, надежнее в эксплуа­тации и не требуют преобразования трехфазного пере­менного тока, получаемого непосредственно от завод­ских сетей, в постоянный ток.

Шихтованный статор АДК имеет равно­мерно расположенные по внутренней расточке пазы, в которые уложены три фазы обмотки. Оси обмоток фаз пространственно сдвинуты на 120° относительно друг друга. При включении обмотки статора в трехфазную сеть переменного тока в фазах протекают переменные токи I_А, I_В, Ic, которые создают переменные н. с. F_A, F_В и Fc, изменяющиеся во времени по синусоидальным за­конам со сдвигом во времени на 1/3 периода переменного тока.

Вследствие сдвига по времени максимумы магнитных потоков фаз наступают поочередно в последовательности — фаза А, фаза В, фаза С, что приводит к вращению ре­зультирующего магнитного поля машины со скоростью

(2.1)

где: f₁, Гц — частота сети переменного тока; 2р — число пар полюсов; n₁, об/мин – скорость вращения результирующего магнитного поля в воздушном зазоре между статором и ротором.

Так как число пар полюсов может выражаться толь­ко числами натурального ряда 1, 2, 3, 4 и т. д., то при промышленной частоте синхронная скорость двига­теля может иметь лишь вполне определенные значения: 3 000, 1 500, 1 000, 750 об/мин и т.д. соответственно.

Весьма важным параметром АД является скольжение s, % — вели­чина, характеризующая разность частот вращения ротора и вращающегося по­ля статора (см. формулу 2.2. )

(2.2)

где n₂, об/мин — скорость вращения ротора.

Вполне очевидно, что с увеличением нагрузочного момента на валу АД частота вращения ротора уменьшается. Следовательно, скольже­ние асинхронного двигателя зависит от механической нагрузки на валу двигате­ля и может изменяться в диапазоне

0 < s < 1 (2.3.)

Для выбора двигателя с мощностью, соответствующей заданной нагрузке, возможно использовать несколько методов. В данном случае предлагается использовать метод эквивалентных моментов.

По заданным значениям моментов и времени (приложение 2) и с учетом изменения нагрузки, показанной на заданной диаграмме (приложение 3) построить временную диаграмму моментов для заданного механизма. Определить, какие моменты на данной диаграмме являются неизменяющимися за соответствующие промежутки времени, а какие меняют свое значение. Для внесения заданных элементов в курсовой проект создать таблицу и рисунок, используя данные приложений 2 и 3.

Определить продолжительность включения по формуле 2.4 и по результату указать режим работы.

ПВ= ; (2.4)

где: Σt_раб. , с – сумма рабочих времен; Т_цикла, с – время цикла работы механизма.

Определить эквивалентный момент по формуле 2.5.

М_экв= Н*м , (2.5)

где M_i, Нм - момент в определенный промежуток времени; t_i, с - продолжительность данного промежутка времени; Σt_раб, с - суммарное время работы двигателя; Σt_nауз, с - суммарное время пауз в работе; - коэффициент, учитывающий продолжительность включения двигателя.

Коэффициент нужно выбрать из таблицы 2.1.

Таблица 2.1

ПВ
	0,2	0,4	0,6	0,8

Найти необходимую эквивалентную мощность в Вт, исходя из эквивалентного момента и заданной скорости вращения якоря n₂ по формуле 2.6.

P_э= , Вт (2.6)

Определить заданное скольжение, используя формулу 2.7.

, (2.7)

где: n_1, об/мин – синхронная скорость; n₂ , об/мин – заданная скорость вращения якоря;

Искомую номинальную мощность двигателя в кВт вычислить с учётом коэффициентов запаса по формуле 2.5.

P_ном=(1,1-1,3)∙P_Э, кВт (2.8)

Из полученного интервала мощностей (результат из формулы 2.8) и синхронной скорости n_1, об/мин выбрать электродвигатель переменного тока, указать его основные технические характеристики и пусковые свойства (тип АДК, Р_ном,кВт; n_ном,об/мин или n_1,об/мин; U,В; КПД, %; ; S_к,%; S_ном, %; m_п ; m_m; m_k; i_п). Ссылка на источник информации обязательна.

Охарактеризовать выбранный электродвигатель.

Построить естественную характеристику (см. рис.2.2), используя формулы 2.9 -2.14: ¹

, (2.9)

где: М_i, Нм – текущий момент на валу двигателя; М_max, Нм – максимальный или критический момент, развиваемый данным двигателем; s_i, % – скольжение, соответствующее текущему моменту; s_k, % – критическое скольжение.

, Нм (2.10)

, Нм (2.11)

, с^-1 (2.12)

, Нм (2.13)

, Нм (2.14)

где: М_n, Нм – пусковой момент конкретного двигателя; М_m.доп., Нм – максимально допустимый при запуске двигателя момент (он может быть равен номинальному, но всегда меньше критического); М_max, Нм - критический момент или максимальный момент, развиваемый двигателем.

Рис.2.2. Естественная механическая характеристика АД

[1] Для построения характеристики в пакете MahtLab целесообразно заменить в формуле 2.6 М_i на f(x),

а s_i на x.

Для определения требуемой зонности регулирования, вынести в большем масштабе рабочую часть естественной характеристики на отдельный график (прямая 1 на рис. 2.3), затем провести прямую, соответствующую заданному скольжению (прямая 5), на которой отметить заданные в условии моменты.

Для построения искусственных характеристик необходимо через полученные на прямой 5 точки провести прямые, параллельные естественной характеристике. В зависимости от того, как будут расположены искусственные характеристики на графике, определить зонность регулирования и выбрать способ регулирования скорости электродвигателя, наиболее целесообразный в данном случае.

Рис. 2.3 Естественная и искусственные механические характеристики АДК

Рабочие части искусственных характеристик – прямолинейны, т.к. частотное регулирование, не зависимо от способа регулирования, позволяет сохранить жёсткость рабочей части искусственных механических характеристик.

Для выбора способа регулирования во второй зоне необходимо определить величину превышения напряжения на искусственной характеристике, соответствующей максимальному моменту.

Учитывая, что отношения амплитуд и частот на разных характеристиках приблизительно равны, воспользуемся отношением (формула 2.15)

(2.15),

где: U_max, В – максимальная требуемая амплитуда напряжения; U_ном, В – номинальное значение напряжения питающей сети; f_max, Гц –максимальная выходная частота; f_ном , Гц – частота питающей сети.

Определяем, удовлетворяется ли условие .

В зависимости от выполнения данного условия выбирается соответствующий закон частотного регулирования или, другими словами, выбирается соотношение между амплитудой и частотой выходного напряжения.