Асинхронный двигатель мощность холостого хода

Машины электрические вращающиеся. Двигатели асинхронные. Методы испытаний

Стандарт распространяется на асинхронные трехфазные двигатели без ограничения мощности, напряжения и частоты, а также на однофазные асинхронные двигатели и двигатели специального исполнения в той мере, в которой методы испытаний, предусмотренные настоящим стандартом, применимы для испытаний этих двигателей. Стандарт применяют при проведении сертификационных испытаний асинхронных двигателей. Стандарт устанавливает следующие методы испытаний: — измерение сопротивления обмоток при постоянном токе (раздел 4); — определение коэффициента трансформации двигателей с фазным ротором (раздел 5); — определение тока и потерь холостого хода (раздел 6); — определение тока и потерь короткого замыкания, начального пускового вращающего момента и начального пускового тока (раздел 7); — испытание на нагревание (раздел 8); — определение рабочих характеристик, коэффициента полезного действия, коэффициента мощности и скольжения (раздел 9); — определение кривой вращающего момента, значений максимального и минимального вращающих моментов (раздел 10); — экспериментальное определение параметров схемы замещения с одним контуром на роторе (раздел 11); — определение частотных характеристик (раздел 12); — определение добавочных потерь (раздел 13); — требования безопасности (раздел 14). Другие виды испытаний проводят по стандартам, указанным в приложении В.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р
53472-2009

Машины электрические вращающиеся

ДВИГАТЕЛИ АСИНХРОННЫЕ

Методы испытаний

Стандартинформ

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Московский энергетический институт (технический университет)» (ГОУВПО «МЭИ (ТУ)»)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 333 «Вращающиеся электрические машины»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 9 декабря 2009 г. № 639-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

НАЦИОНАЛЬ НЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Машины электрические вращающиеся

ДВИГАТЕЛИ АСИНХРОННЫЕ

Методы испытаний

Rotating electrical machines. Asynchronous motors. Test methods

Дата введения — 2011-01-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на асинхронные трехфазные двигатели без ограничения мощности, напряжения и частоты, а также на однофазные асинхронные двигатели и двигатели специального исполнения в той мере, в которой методы испытаний, предусмотренные настоящим стандартом, применимы для испытаний этих двигателей.

Стандарт применяют при проведении сертификационных испытаний асинхронных двигателей.

Стандарт устанавливает следующие методы испытаний:

— измерение сопротивления обмоток при постоянном токе (раздел 4);

— определение коэффициента трансформации двигателей с фазным ротором (раздел 5);

— определение тока и потерь холостого хода (раздел 6);

— определение тока и потерь короткого замыкания, начального пускового вращающего момента и начального пускового тока (раздел 7);

— испытание на нагревание (раздел 8);

— определение рабочих характеристик, коэффициента полезного действия, коэффициента мощности и скольжения (раздел 9);

— определение кривой вращающего момента, значений максимального и минимального вращающих моментов (раздел 10);

— экспериментальное определение параметров схемы замещения с одним контуром на роторе (раздел 11);

— определение частотных характеристик (раздел 12);

— определение добавочных потерь (раздел 13);

— требования безопасности (раздел 14).

Другие виды испытаний проводят по стандартам, указанным в приложении В.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 12.1.004-91 Система стандартов безопасности труда. Пожарная безопасность. Общие требования

ГОСТ 12.3.019-80 Система стандартов безопасности труда. Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности

ГОСТ 10169-77 Машины электрические трехфазные синхронные. Методы испытаний

ГОСТ 11828-86 Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний

ГОСТ 11929-87 Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. Определение уровня шума

ГОСТ 12259-75 Машины электрические. Методы определения расхода охлаждающего газа

ГОСТ 14254-96 (МЭК 529-89) Степени защиты, обеспечиваемые оболочками (код IP )

ГОСТ 15543.1-89 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к климатическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 16264.0-85 Машины электрические малой мощности. Двигатели. Общие технические условия

ГОСТ 16962.2-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на стойкость к механическим внешним воздействующим факторам

ГОСТ 20815-93 (МЭК 34-14-82) Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения

ГОСТ 25941-83 (МЭК 34-2-72, МЭК 34-2А-74) Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия

ГОСТ 27222-91 (МЭК 279-69) Машины электрические вращающиеся. Измерение сопротивления обмоток машин переменного тока без отключения от сети

ГОСТ 27223-87 Машины электрические вращающиеся. Двигатели синхронные и асинхронные. Определение зависимого от времени превышения температуры при заторможенном роторе. Методы испытаний

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Общие положения

3.1 Стандарт не определяет объем испытаний, но если испытание проводят, то оно должно быть выполнено в полном соответствии с настоящим стандартом. Программы испытаний двигателей различных видов, периодичность их проведения, а также количество испытуемых двигателей указывают в стандартах или технических условиях на конкретные виды двигателей.

3.2 Напряжение источника питания должно быть практически симметричным и синусоидальным.

3.3 Измерительная аппаратура должна удовлетворять требованиям ГОСТ 11828 .

Допускается определение мощности по измеренным величинам напряжения, тока и угла между ними.

Класс точности вольтметров для испытания электрической прочности изоляции обмоток должен быть не ниже 1,5.

3.4 Перед испытаниями следует проверить качество сборки двигателя: затяжку болтов, винтов и гаек, свободное вращение ротора, маркировку выводов, отсутствие видимых следов загрязнений и влаги.

Необходимость измерения величины и симметрии воздушного зазора при различных видах испытаний, а также методики измерений следует указывать в стандартах или технических условиях на конкретные виды двигателей. Если двигатели оснащены трансформаторами тока, глухоподключенными к обмотке статора, испытания следует выполнять при закороченных и заземленных обмотках трансформаторов.

где α ₁ — большее показание, принимаемое положительным;

α ₂ — меньшее показание с учетом знака.

3.6 При обработке и представлении результатов испытаний допускается выражать параметры в относительных единицах, принимая за базисные единицы номинальный ток, номинальное напряжение, номинальную синхронную частоту вращения. Значения момента и мощности допускается выражать в долях номинальных.

3.7 Для двигателей на несколько частот вращения испытания по разделам 4 — 13, на кратковременную перегрузку по току и моменту определение расхода охлаждающего воздуха, измерение вибрации и уровня шума следует проводить для каждой частоты вращения. При приемо-сдаточных испытаниях допускается измерять вибрацию на одной частоте вращения с максимальной вибрацией. Указанную частоту вращения определяют при приемочных или периодических испытаниях. Измерение сопротивления изоляции обмоток относительно корпуса и между обмотками, испытание изоляции обмоток относительно корпуса, между обмотками и междувитковой изоляции на электрическую прочность следует проводить для каждой независимой обмотки. Испытания при повышенной частоте вращения проводят для наибольшей частоты вращения. Определение динамического момента инерции ротора, испытания на стойкость к механическим и климатическим воздействиям проводят с обмоткой, соединенной в схему для любой частоты вращения. В случае наличия требований следует измерить напряжения на отключенных выводах обмоток статора в режимах холостого хода, короткого замыкания и при номинальной нагрузке.

3.8 При приемо-сдаточных испытаниях двигателей, выполненных на номинальную частоту 60 Гц, допускается определять ток и потери холостого хода, ток и потери короткого замыкания, проводить измерение вибрации при частоте 50 Гц. Измеренные значения должны сравниваться со значениями, полученными дополнительно при частоте 50 Гц, при приемочных, периодических или квалификационных испытаниях этих двигателей, выполненных на частоту 60 Гц. Допускается пересчитывать результат измерения вибрации пропорционально частоте.

4 Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе

Измерение сопротивления обмоток при постоянном токе — по ГОСТ 11828 . При измерении сопротивлений, меньших 1 Ом, не допускается применение одинарных мостов при всех видах испытаний, кроме приемо-сдаточных испытаний двигателей мощностью до 100 кВт, причем в этом случае следует применять одинарные мосты с четырех зажимной схемой включения, обеспечивающие точность измерения, соответствующую приборам класса 0,5. Сопротивление обмоток ротора в двигателях с фазным ротором следует измерять на контактных кольцах. При испытаниях на нагревание допускается измерять сопротивление обмотки статора при работающем двигателе без отключения его от сети по ГОСТ 27222 при обеспечении необходимой точности.

Измерение сопротивления обмотки в холодном и нагретом состояниях рекомендуется проводить с использованием одной и той же измерительной схемы с теми же приборами.

5 Определение коэффициента трансформации двигателей с фазным ротором

Для определения коэффициента трансформации двигателей с фазным ротором следует подвести напряжение к обмотке статора двигателя при неподвижном роторе и разомкнутой его обмотке и измерить линейные напряжения на зажимах обмоток статора и на кольцах ротора. Для двигателей номинальным напряжением до 660 В включительно при всех видах испытаний, кроме приемо-сдаточных, к обмотке статора необходимо подводить номинальное напряжение. При приемо-сдаточных испытаниях, а также для двигателей номинальным напряжением выше 660 В при любых испытаниях допускается определять коэффициент трансформации при пониженном напряжении.

Измерение проводят для одного линейного напряжения. По измеренному линейному напряжению определяют фазное напряжение. Отношение фазных напряжений статора и ротора принимают за значение коэффициента K _Т , определяемого по формуле

где U _1ф — фазное напряжение обмотки статора, В;

U _2ф — фазное напряжение обмотки ротора, В.

6 Определение тока и потерь холостого хода

6.1 Определение тока и потерь холостого хода следует проводить в режиме ненагруженного двигателя при установившемся тепловом состоянии частей испытуемого двигателя (в частности, подшипниковых узлов). Если невозможно непосредственное определение температуры подшипниковых узлов, то двигатель до начала испытания следует вращать без нагрузки в течение времени, указанного в таблице 1.

Продолжительность вращения, мин

при всех видах испытаний двигателей с подшипниками скольжения и качения, кроме приемо-сдаточных испытаний двигателей с подшипниками качения

при приемо-сдаточных испытаниях двигателей с подшипниками качения

Опыт холостого хода

ГЛАВА 14

Опытное определение параметров и расчет рабочих характеристик асинхронных двигателей

Основные понятия

Существует два метода получения данных для построения рабочих характеристик асинхронных двигателей: метод непосредственной нагрузки и косвенный метод. Метод непосредственной нагруз­ки заключается в опытном исследовании двигателя в диапазоне нагрузок от холостого хода до режима номинальной нагрузки с измерением необходимых параметров. Этот метод обычно применяется для двигателей мощностью не более 10—15 кВт. С рос­том мощности двигателя усложняется задача его на­грузки, растут непроизводительный расход электро­энергии и загрузка электросети (исключение составляют установки, содержащие не­сколько электрических машин, включенных по схеме с частич­ным возвратом электроэнергии в сеть).

Применение этого метода ограничивается еще и тем, что не всегда представляется возможным создать испытательную установку по причине отсутствия требуемого обору­дования и недопустимости перегрузки электросети. Широкое применение получил более универсальный косвенный метод, применение которого не ограни­чивается мощностью двигателя. Этот метод заклю­чается в выполнении двух экспериментов: опыта холостого хода и опыта короткого замыкания.

Опыты х.х. и к.з. асинхронных двигателей в ос­новном аналогичны таким же опытам трансформа­торов (см. § 1.11). Но они имеют и некоторые осо­бенности, обусловленные главным образом нали­чием у двигателя вращающейся части — ротора. Кроме того, при переходе из режима х.х. в режим к.з. параметры обмоток двигателя (активные и ин­дуктивные сопротивления) не остаются неизменны­ми, что объясняется зубчатой поверхностью статора и ротора. Все это создает некоторые затруднения в проведении опытов и в последующей обработке их результатов.

Опыт холостого хода

Питание асинхронного двигателя при опыте х.х. осуществля­ется через индукционный регулятор напряжения ИР (рис. 14.1) или регулировочный автотрансформатор, позволяющие изменять напряжение в широких пределах. При этом вал двигателя должен быть свободным от механической нагрузки.

Опыт начинают с повышенного на­пряжения питания U₁ = 1,15 U_ном, затем постепенно понижают напряжение до 0,4 U_ном так, чтобы снять показания при­боров в 5—7 точках. При этом один из замеров должен соответствовать номи­нальному напряжению U_1ном. Измеряют линейные значения напряжений и токов и вычисляют их средние значения:

а затем в зависимости от схемы соедине­ния обмотки статора определяют фазные значения напряжения и тока х.х.: при соединении в звезду

U₁ = U_ср/ ; I = I_ср (14.3)

при соединении в треугольник

U₁ = U_cp; U = I_0cp/ . (14.4)

Рис. 14,1. Схема включе­ния трехфазного асин­хронного

двигателя при опытах х.х. и к.з.

Ваттметр W измеряет активную мощ­ность Р, потребляемую двигателем в режиме х.х., которая включает в себя электрические потери в обмотке статора m₁ I 2 r₁, магнитные по­тери в сердечнике статора Р_ми механические потери Р_мех (Вт):

Здесь r₁ — активное сопротивление фазы обмотки статора (Ом), измеренное непосредственно после отключения двигателя от сети, чтобы обмотка не успела охладиться.

Сумма магнитных и механических потерь двигателя (Вт)

Коэффициент мощности для режима х.х.

По результатам измерений и вычислений строят характери­стики х.х. I, P, P / и соs φ = f(U₁), на которых отмечают значе­ния величин I_0ном, Р_0ном, Р / _0ном и соs φ соответствующих номи­нальному напряжению U_1ном(рис. 14.2).

Если график Р / =f(U₁) продолжить до пересечения с осью ординат (U₁ = 0), то получим величину потерь Р_мех.

Это разделение магнитных и механических потерь основано на том, что при неизменной частоте сети f₁ частота вращения дви­гателя в режиме х.х. n, а следовательно, и механические потери Р_мех неизменны. В то же время магнитный поток Ф прямо пропорционален ЭДС статора Е₁. Для режима х.х. U₁ ≈ E₁ , а поэтому при U₁ = 0 и магнитный поток Ф = 0, а следовательно, и магнитные потери Р_м = 0.

Определив величину механических потерь Р_мех, можно вычис­лить магнитные потери (Вт):

Дата добавления: 2015-01-19 ; просмотров: 27 ; Нарушение авторских прав

Расчёт асинхронного электродвигателя по известным размерам его сердечника

Главная > Реферат >Промышленность, производство

Министерство сельского хозяйства Р.Ф.

Департамент кадровой политики и образования.

«КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Факультет заочного обучения ”электрификации и автоматизации сельского хозяйства”

«Расчёт асинхронного электродвигателя по известным размерам его сердечника»

Студент факультета электрификации

и автоматизации с/х

Данные к расчётно – графической работе.________________________________1

1. Расчет параметров сердечника. _______________________________________4

2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя. __5

3. Определение обмоточных данных электродвигателя._____________________6

4. Расчет номинальной мощности электродвигателя._______________________7

5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки._______________7

6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора.___8

7. Расчет магнитной цепи.______________________________________________8

8. Расчет потерь мощности двигателя.____________________________________9

8.1. Основные потери в стали.__________________________________________9

8.2. Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора.____________10

8.3. Расчет электрических потерь в обмотке ротора._______________________11

8.4. Расчет механических потерь._______________________________________12

8.5. Расчет коэффициента полезного действия.___________________________12

8.6. Расчет тока холостого хода двигателя._______________________________13

Список используемой литературы.______________________________________14

Асинхронные двигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. В настоящее время такие двигатели потребляют около половины всей вырабатываемой электроэнергии. При этом около 90% от общего потребления энергии асинхронными двигателями потребляют машины мощностью до 100 кВт.

Единая серия асинхронных двигателей 4А, которая выпускалась с 1973 года, включала двигатели мощностью от 0,06 до 400кВт. В 1982 году создана новая унифицированная серия АИ (асинхронные, интерэлектро) с боле совершенными энергетическими показателями по сравнению с серией 4А.

До последнего времени на заводах России выпускались в основном двигатели серии А4 и АИР.

В настоящее время Владимирский электромоторный завод (ВЭМЗ) освоил выпуск серии 5А , в которой сохранены конструктивная и технологическая особенности серии АИ. Ярославский электромашиностроительный завод (ЯЭМЗ) освоил производство двигателей серии РА (Российская асинхронная) с высотой оси вращения 71 – 280 мм. Технико – экономические показатели двигателей серии РА соответствуют и даже превосходят аналоги зарубежных фирм, а цены ниже, чем у конкурентов.

1. Расчет параметров сердечника

Полюсное деление сердечника статора, мм:

Чистая длина активной стали статора, мм:

где K — коэффициент заполнения сердечника сталью, учитывает наличие изоляции пластин (принять равным 0,96).

Высота зубца статора, мм:

Высота ярма статора, мм:

Площадь сечения ярма статора, мм :

Средняя расчетная ширина зубца статора, мм:

Площадь паза статора, мм :

Высота зубца ротора, мм:

Средняя расчетная ширина зубца ротора, мм:

Высота спинки ротора, мм:

— внутренний диаметр сердечника ротора, мм.

2. Выбор и определение магнитной индукции в элементах электродвигателя

Магнитный поток машины, Вб:

где α – коэффициент полюсного перекрытия (принять равным 0,7);

— магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл, [1Р2], = 0,79;

— полюсное деление сердечника статора, мм;

— длина сердечника статора, мм.

Магнитная индукция в зубцах статора, Тл:

где — зубцовое деление, , = 14,92

Магнитная индукция в ярме (спинке) статора, Тл:

где — площадь сечения ярма статора, мм .

Магнитная индукция в зубцах ротора, Тл:

где — зубцовое деление, , = 19,18

Магнитная индукция в ярме ротора, Тл:

Полученные значения магнитной индукции сравниваем с допустимыми:

в воздушном зазоре — = (0,3…1) Тл, = 0,79 Тл;

в зубцах статора и ротора — = (1,3…2) Тл, 1,69 Тл, 1,88 Тл;

в ярме (спинке) статора — = (1…1,6) Тл, = 0,51 Тл;

в ярме (спинке) ротора — (0,9…1,3) Тл, 1,06 Тл.

3. Определение обмоточных данных электродвигателя

Число витков в фазе обмотки статора:

где — фазное напряжение, В,

— коэффициент, учитывающий падение напряжения в статорной цепи( принять = 0,95);

f – частота тока, 50 Гц;

— обмоточный коэффициент ( принять равным 0,9).

Число эффективных проводников на один паз:

где a – число параллельных ветвей. Обычно для двигателей с короткозамкнутым ротором a = 1.

Диаметр изолированного провода, мм:

где — коэффициент заполнения паза (принять =0,7).

Расчетный диаметр изолированного обмоточного провода получился значительно больше максимального табличного(2,095) , поэтому эффективный проводник выполняем из 2 – х элементарных проводов (n=2).

Тогда число элементарных проводников в пазу :

Диаметр изолированного провода для этого случая, мм:

Полученное значение диаметра изолированного провода округляем до ближайшего стандартного диаметра согласно таблице [1Т.1] , .

Принимаем провод марки ПЭТВ с диаметром .

Диаметр неизолированного провода, мм:

где — 2-сторонняя толщина изоляции провода. Принять = 0,1

Сечение неизолированного провода, :

4. Расчет номинальной мощности электродвигателя.

Для определения номинальной мощности электродвигателя используем способ, учитывающий допустимую плотность тока в обмотке статора.

Фазный ток статора, А:

где а – число ветвей ( а =1);

j – допустимая плотность тока [1Т.2]

Полная мощность электродвигателя, кВА:

где m – число фаз;

— фазное напряжение, В.

Ориентировочная мощность на валу электродвигателя, кВт:

где — номинальный КПД двигателя; КПД для двигателей мощностью от 1 до 100 кВт ориентировочно имеет значения 0,7…0,9;

— номинальный коэффициент мощности; для двигателей от 1 до 100 кВт = 0,7…0,9.

Используя справочные данные выбираем стандартный электродвигатель, ближайший к расчетной мощности Р.

Выбираем электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y/ 660/380, 4А180М8У3.

Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n =750 об/мин, КПД – 87%, .

5. Выбор типа обмотки статора и составление схемы обмотки.

Статорную обмотку электродвигателя выполняем петлевой, двухслойной, всыпной.

Данные для обмотки:

Шаг обмотки, выраженный числом пазов — , принимаем равным 4.

Число пазов, приходящихся на полюс и фазу — , принимаем равным 2.

6. Расчет геометрических размеров катушек и массы меди обмотки статора.

Средняя ширина катушки, мм:

где y – шаг обмотки, выраженный числом пазов, .

Длина лобовой части обмотки, мм:

где и B – коэффициенты, значения их приведены в таблице [1Т.3].

Средняя длина полувитка обмотки статора, мм:

Масса меди обмотки статора без изоляции, кг:

где 8,9 – плотность меди.

7. Расчет магнитной цепи.

Намагничивающая сила (магнитодвижущая сила МДС) воздушного зазора, А:

где — магнитная индукция в воздушном зазоре, Тл;

— коэффициент воздушного зазора, определяемый из выражения:

где — см. задание.

МДС в зубцах статора, А:

где — напряженность магнитного поля в зубцах статора, определяемое по кривой намагничивания [1Т.4] с учетом значения .

МДС в зубцах ротора, А:

где — напряженность магнитного поля в зубцах ротора, определяемое по кривой намагничивания [1Т.4] с учетом значения .

МДС в ярме статора, А:

где — напряженность магнитного поля статора, определяемая по кривой намагничивания [1Т.5] с учетом значения ;

— длина средней силовой линии в спинке (ярме) статора, мм:

МДС в ярме ротора, А:

где — напряженность магнитного поля ротора, определяемая по кривой намагничивания [1Т.5] с учетом значения ;

— длина средней силовой линии в спинке (ярме) ротора, мм:

Полная магнитодвижущая сила магнитной цепи двигателя на пару полюсов:

Намагничивающий ток (ток холостого хода) электродвигателя, А:

где P – число пар полюсов;

W – число витков;

— обмоточный коэффициент ( =0,9).

Ток холостого хода, %:

где — ток холостого хода;

— номинальный ток двигателя.

8. Расчет потерь мощности двигателя.

8.1 Основные потери в стали.

Основные потери в стали находятся из выражения:

где — удельные потери стали при индукции 1 Тл и частоте перемагничивания 50 Гц, Вт/кг, принимаем =2,5 – 2,6 Вт/кг;

— показатель степени, учитывающий зависимость потерь в стали от частоты перемагничивания; для большинства сталей =1,3 – 1,5;

— коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения магнитного потока в ярме и зубцах статора; для двигателей , ;

— индукция в ярме и зубцах статора;

— масса стали ярма и зубцов статора, кг;

где — удельная масса стали, = 7,8 ∙ ;

Добавочные потери в стали:

Полные потери в стали, Вт:

8.2 Расчет электрических потерь во всех фазах обмотки статора.

во всех фазах обмотки статора, кВт:

где — число фаз обмотки статора;

— ток обмотки статора;

— активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом;

где — удельное сопротивление материала обмотки, ;

L – общая длина эффективных проводников фазы обмотки, м,

— сечение эффективного проводника обмотки, , ;

для медной обмотки статора при температуре 115 :

где — средняя длина витка обмотки, м;

— число витков фазы,

где — длина пазовой части витка, = ;

для катушек всыпной обмотки статора:

где — длина лобовой части витка, м;

— коэффициент лобовой части [1Т.6] ;

— средняя длина катушки, м:

В – длина вылета прямоугольной части катушки от торца сердечника до начала отгиба лобовой части, м ( В = 0,015 м).

8. 3 Расчет электрических потерь в обмотке ротора.

Ток в обмотке ротора, А:

где — коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение , принять =0,9;

— ток обмотки статора, из паспорта выбранного двигателя или определить из выражения:

— коэффициент приведения токов:

где — число фаз обмотки статора и ротора, для короткозамкнутого ротора: ;

если пазы ротора не имеют скосов.

Приведенный ток обмотки ротора, А:

Активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

где — сопротивление стержня, Ом;

— сопротивление участка замыкающего кольца между двумя соседними стержнями, Ом;

— длина стержня, м;

— удельное сопротивление материала стержня и кольца при расчетной температуре, Ом∙м;

— средний диаметр замыкающих колец, м,;

— число пазов (стержней) ротора;

— сечение замыкающего кольца, ;

— синус угла сдвига между векторами токов стержней обмотки ротора:

Площадь сечения стержня, :

где — плотность тока в стержне литой обмотки, принять равной

Площадь сечения замыкающих колец, :

Приведенное значение к числу витков обмотки статора, Ом:

Электрические потери в обмотке ротора, кВт:

где — число фаз в обмотке статора ( =28).

8.4 Расчет механических потерь.

Механические потери – потери на трение и мощность, расходуемые на вентиляцию.

В двигателях с внешним обдувом (0,1≤ ≤0,5 м), Вт:

где =1,3(1 — ) при 2Р ≥ 4.

Добавочные потери, кВт, следует принять равными:

8.5 Расчет коэффициента полезного действия.

Коэффициент полезного действия рассчитываем по формуле:

где — суммарные потери мощности, кВт,

8.6 Расчет тока холостого хода двигателя.

Ток холостого хода двигателя рассчитывается по формуле:

где — активная составляющая тока холостого хода, А;

— намагничивающий ток, А.

Коэффициент мощности при холостом ходе двигателя:

Выбранный электродвигатель серии 4А с соединением обмоток Y/ 660/380, 4А180М8У3.

Табличные данные: мощность P = 15кВт, I = 32 А при , частота вращения n =750 об/мин, КПД – 87%, .

Расчетные суммарные потери энергии составляют 6,75кВт.

В зависимости от степени загрузки:

ток обмотки статора изменяется от 1,87А до 32А;

коэффициент полезного действия изменяется от 55% до 87%;

коэффициент мощности изменяется от 0,2 до 0,82.

Список используемой литературы

1. Лобанов В.С. Ремонт электрооборудования, методические указания по выполнению расчетно – графической работы. – Кострома, КГСХА, 2008. – 22 с.

2. Гайдукевич В. И. Справочное пособие электромонтера в строительстве. – М.: Стройиздат, 1986. – 254 с.

3. Копылов И. П. Электрические машины. – М.: ЭАИ, 1986.

5.10. КПД и коэффициент мощности асинхронного двигателя

Коэффициент полезного действия электродвигателя

где p ∑ – суммарные потери мощности; P 1 – потребляемая асинхронным двигателем (его статорной обмоткой) активная электрическая мощность; P 2 – полезная механическая мощность (снимаемая с вала двигателя).

КПД современных асинхронных двигателей при номинальной нагрузке для машин мощностью свыше 100 кВт составляет 0,92 − 0,96, мощностью 1 − 100 кВт – 0,7 − 0,9, а микромашин – 0,4 − 0,6 (большие значения относятся к машинам большей мощности).

Так же, как в трансформаторе, потери мощности асинхронного двигателя следует разделить на потери постоянные и переменные (или потери холостого хода и короткого замыкания). Постоянные потери не зависят от нагрузки. Это потери магнитные, механические, электрические холостого хода.

Магнитные потери определяются аналогично магнитным потерям трансформатора с помощью формулы Штейнметца:

где p 1,0/50 – удельные потери в стали на единицу массы при частоте 50 Гц и индукции 1,0 Тл; B – индукция на участке магнитопровода; G c – масса

сердечника (магнитопровода) или его участка.

Частота перемагничивания в роторе f 2 = f 1 s в рабочем режиме двигателя существенно меньше частоты магнитной индукции в статоре; масса магнитопровода ротора также меньше аналогичной массы статора. Обычно в практических расчетах асинхронных двигателей общепромышленного применения пренебрегают магнитными потерями в роторе.

Механические потери p мх состоят из потерь в подшипниках p подш , потерь на трение щеток о кольца p тр.щ (только для фазного ротора), вентиля-

5. Асинхронные машины

ционных потерь p вент , включающих в себя потери на трение частей машины о воздух и потери в крыльчатке вентилятора, установленной на валу машины:

р мх = р подш + р вент + р тр.щ .

Механические потери зависят только от частоты вращения и составляют не более 2 % от номинальной мощности машины. Поскольку частота вращения асинхронного двигателя при изменении нагрузки от нуля до номинальной изменяется мало, то механические потери считают постоянными.

В отличие от трансформатора в асинхронном двигателе учитывают электрические потери холостого хода, поскольку ток холостого хода в нем существенно больше, чем в трансформаторе, и составляет от 20 до 50 % от номинального тока (причины такого значения I 0 объяснены в п. 5.1):

Таким образом, потери холостого хода

р 0 = р мх + р мг + р эл0 .

К потерям переменным (короткого замыкания) относят электрические потери в обмотках статора и ротора:

р эл 1 = m 1 r 1 I 1 2 ; р эл 2 = m 1 r 2 ′ ( I 2 ′ ) 2 .

К переменным потерям относят и добавочные потери, вызванные различными причинами: неравномерностью зазора, технологическими погрешностями, вытеснением тока в проводниках обмотки, пульсациями магнитного потока и т. д. Обычно эти потери рассчитывают как определенный процент от номинальной мощности по формуле (5.73).

Итак, переменные потери, как следует из формул (5.120), (5.73), зависят от второй степени тока или второй степени коэффициента нагрузки k нг = I / I н (отношения тока текущей нагрузки к номинальному его значению):

p к = p эл2 + p д = m 1 r к ( I 2 ′ ) 2 + ( I I н ) 2 p д = k нг 2 р кн ,

где p кн – потери короткого замыкания при номинальном токе.

Таким образом, суммарные потери мощности можно представить в следующем виде:

p Σ = p 0 + p к = p 0 + k нг 2 p кн .

5. Асинхронные машины

Рис. 5.23. Зависимость КПД двигателя и его потерь от коэффициента нагрузки

Формулу (5.115) запишем с учетом выражения (5.122):

Характер зависимости КПД от коэффициента нагрузки такой же, как

и у трансформатора. При увеличении нагрузки КПД возрастает за счет уве-

личения Р 2 , но одновременно быстрее, чем Р 2 , возрастают переменные потери р к , поэтому при некотором токе I кр рост КПД прекращается и в дальнейшем начинает уменьшаться (рис. 5.23). Если исследовать функцию

(5.123) на экстремум (взять производную dη/d k нг и приравнять ее к нулю), то получим условие максимума КПД: он наступает при равенстве переменных

и постоянных потерь р к = р 0 . При проектировании электрической машины стремятся так распределить потери мощности, чтобы указанное условие выполнялось при наиболее вероятной нагрузке машины, несколько мень-

шей номинальной. Во вращающихся электрических машинах средней и большой мощности это условие выполняется при нагрузках 60 − 80 % от номинальной (коэффициент нагрузки k нг = 0,6 − 0,8). На рис. 5.23 приведены зависимости изменения КПД и потерь мощности от коэффициента нагрузки.

Коэффициент мощности асинхронной машины определяют как отношение активного тока к полному току или активной потребляемой мощности к полной мощности по выражению

5. Асинхронные машины

Рис. 5.24. Характеристика

Рис. 5.25. Зависимости тока

роторной обмотки и cos ψ 2

Асинхронный двигатель, так же как и трансформатор, независимо от нагрузки потребляет из сети отстающий ток, поэтому его cos φ 1 всегда меньше единицы.

При холостом ходе асинхронного двигателя коэффициент мощности мал и составляет cos φ 0 = 0,08 − 0,15 (рис. 5.24). Это объясняется малой величиной активной составляющей тока, идущего на покрытие лишь достаточно небольших потерь активной мощности. В то же время реактивная составляющая тока холостого хода сравнительно велика, поскольку потребляется двигателем для создания основного магнитного потока, практически не зависящего от нагрузки. При увеличении нагрузки cos φ 1 сначала довольно быстро растет при увеличении момента на валу, затем рост его замедляется и достигает максимума при мощности, близкой к номинальной (рис. 5.24). Но при увеличении момента уменьшается частота вращения и растет скольжение. При этом увеличивается частота тока в роторе f 2 = f 1 s , его индуктивное сопротивление. Снижается и cos φ 1 , как правило, при нагрузках, выше номинальных.

Вследствие массового использования асинхронных двигателей для рационального электроснабжения предприятий следует так организовывать технологический процесс, чтобы асинхронные двигатели были загружены в соответствии сихноминальной мощностью инеработали нахолостомходу.

Величина коэффициента мощности для двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью до 100 кВт достигает 0,7 − 0,9, а для двигателей свыше 100 кВт cos φ 1 = 0,9 − 0,95. В двигателях с фазным ротором cos φ 1 и КПД несколько ниже, что объясняется дополнительными потерями на трение щеток, худшим использованием объема ротора из-за наличия изоляции в его пазах и увеличением намагничивающего тока в результате уменьшения сечения зубцов ротора.