Расчет регулировочных резисторов
Задача по расчету резисторов в цепях статора и ротора обычно формулируется следующим образом: известны паспортные данные двигателя; требуется рассчитать сопротивление добавочных резисторов в цепях ротора или статора, при включении которых искусственные характеристики пройдут соответственно через точки с координатами (Ωи, Iи) или (Ωи, Ми). Расположение характеристик обычно задается по соображениям регулирования скорости или получения требуемых (допустимых) значений пусковых тока или момента АД.
Расчет резисторов в цепи статора. Рассмотрим наиболее распространенную задачу, когда включение добавочного резистора во все три фазы статора (симметричная схема) должно обеспечить заданную кратность пускового тока λи = I1пи /I1пе или момента λм = Мпи/Мпе, где I1пи и I1пе, Мпи, Мпе соответственно пусковые токи и моменты АД при включении добавочного резистора (пи) и без него (пе).
Воспользуемся для расчета методикой, приведенной в [3], для чего введем понятия полного комплексного сопротивления короткого замыкания zк, соответствующего моменту пуска АД:
(189)
а также активного rк и реактивного хк сопротивлений короткого замыкания, определяемых по формулам
rк=zкcosφп, (190)
(191)
где cosφп - коэффициент мощности АД в момент его пуска.
Тогда для получения заданных кратностей пусковых тока а или момента ц требуемое сопротивление добавочного резистора определим по формулам
(192)
(193)
Основная трудность при использовании формул (190),...,(193) состоит в определении cosφп=cosφкз, значение которого обычно не приводится в справочниках и каталогах. На рис. 69 приведены усредненные зависимости коэффициента мощности асинхронных двигателей от их номинальной мощности в режиме короткого замыкания (пуска), рассчитанные по паспортным данным двигателей серий 4А (кривая 2), и МТК (кривая 1) для различных скоростей вращения. Приближенно для серии двигателей 4А с короткозамкнутым ротором можно принять cosφп = 0,3...0,5, а для АД серий MTF и МТН cosφп = 0,6... 0,7.
В [1] приведен также метод расчета добавочного резистора, включаемого в одну фазу статора (несимметричная схема), с целью получения заданных пусковых тока и момента.
Рис. 69. Графики зависимостей коэффициента мощности асинхронных двигателей от их номинальной мощности в режиме короткого замыкания
Расчет резисторов в цепи ротора. Обычно требуется определить сопротивление дополнительного резистора R2д, при включении которого АД будет иметь заданную искусственную характеристику или же она будет проходить через заданную точку с координатами (Ωи, Ми). При этом предполагается, что естественная механическая характеристика АД известна (рассчитана или снята экспериментально), а требуемая искусственная характеристика задана по условиям пуска или регулирования скорости.
Расчет сопротивления добавочного резистора R2д может быть выполнен несколькими способами в зависимости от формы задания требуемой искусственной механической характеристики.
Если искусственная характеристика задана полностью и определена точка критического момента (например, характеристика 2 на рис. 68), то в этом случае расчет основывается на формуле (185), с помощью которой находится отношение критических скольжений АД на естественной 1 и искусственной 2 характеристиках:
sке/sки=R′2/(R′2+R′2д1)=R2/(R2+R2д1) (194)
где R2 - сопротивление фазы обмотки ротора АД.
Из (194) определим искомое значение R2д1
R2д1= R2(sки /sке -1). (195)
Формула (195) справедлива не только для критического момента Мк, но и для любого фиксированного момента Ми. Таким образом, если задана некоторая точка f искусственной характеристики 3 (см. рис. 68) с координатами Ми, sи то искомое сопротивление резистора R2д2 можно найти по формуле
R2д2= R2(sи /sе -1), (196)
где sе - скольжение АД на естественной характеристике 7, соответствующее моменту Ми.
Отметим, что значение сопротивления обмотки ротора R2 можно найти приближенно по следующей формуле с использованием паспортных данных АД:
(197)
Если искусственная характеристика задана своей рабочей частью, то для расчета резисторов можно использовать метод отрезков, который подробно рассматривался в гл. 4 применительно к ДПТ НВ. На рис. 68 выполнено такое построение, для чего проведена вертикальная линия, соответствующая номинальному моменту Мном, и отмечены характерные точки а, б, с, d, е. Тогда сопротивление искомого резистора R2д1 для получения характеристики 2
R2д2= R2ном аб/ае, (198)
где - номинальное сопротивление АД;
Е2к - ЭДС ротора при s = 1; I2 ном - номинальный ток ротора.
С помощью метода отрезков и рис. 68 при необходимости по естественной характеристике 1 можно найти и сопротивление фазы обмотки ротора
Rp=R2 номab/ae. (199)
Типовой задачей для ЭП с АД с фазным ротором является расчет резисторов в цепи ротора, обеспечивающих заданную пусковую диаграмму двигателя. Напомним, что пусковая диаграмма представляет собой совокупность нескольких искусственных механических характеристик АД, которые используются при его пуске. Пусковая диаграмма АД обычно строится по аналогии с ДПТ НВ (см. разд. 4.5, рис. 25) в предположении, что рабочий участок механических характеристик АД близок к линейному. При построении пусковой диаграммы АД момент М1, обычно принимается не более (0,8-0,9) Мк, а момент М2 должен составлять (1,1-1,2) Ме. Число характеристик (ступеней) пусковой диаграммы m и значения моментов М1 и М2 связаны между собой следующим соотношением:
m = ℓg[l/(sномM*1)]/ ℓg(M1/M2), (200)
где M1/M2=λ- отношение максимального пускового момента (М1) к переключающему (М2);
sном - номинальное скольжение, о.е.;
M*1=М1/МN- отношение максимального пускового момента (М1) к номинальному (МN), о.е.
Расчет пусковых резисторов, обеспечивающих требуемую пусковую диаграмму, производится с помощью формул (196) или (198).
Задача 32 . Для АД типа 4A160S рассчитать сопротивление добавочного резистора R1д, включение которого в три фазы двигателя уменьшит пусковой ток в два раза (α = 0,5).
Паспортные данные двигателя 4А160S:
Рном=15 кВт; nном=1465 об/мин; I1ном=29,3 А; λм=Мк/Мном=2,3; λi=I1п/I1ном=7; рп=2; f=50 Гц; U1ном=380 В.
Определим пусковой ток АД при отсутствии резисторов в цепи статора: I1пе= λiI1ном =7•29,3 = 205 А.
Определим по формуле (158) полное сопротивление короткого замыкания:
zк =U1ном/(I1ном√3) = 380/(205•1,73) = 1,08 Ом.
Принимая по рис. 5.8 cosφп= 0,4, определим по (159) rк = zкcosφп = 1,08 • 0,4 = 0,43 Ом; и по (160) хк:
Теперь найдем по (161) искомое сопротивление:
Задача 33 . Для АД типа МТН-312-6 рассчитать добавочное сопротивление R2д, при включении которого в цепь ротора механическая характеристика пройдет через точку с координатами Ω и = 0,6Ωном, Ми = 0,9Мном. Рассчитать и построить эту искусственную характеристику.
Паспортные данные двигателя МТН-312-6:
Рном=17,5 кВт; nном=945 об/мин; I1ном=43 А; λм=Мк/Мном=2,5; f=50 Гц; U1ном=380 В; k=2,66; Rc=0,34 Ом; х1=0,43 Ом; Rр=0,12 Ом; х2=0,25 Ом; рп=3.
Рассчитаем координаты заданной точки, используя координаты номинальной точки:
Ω и = 0,6 Ω ном = 0,6•99 = 59,4 рад/с;
Ω ном=2πnном/60=2π945/60=99 рад/с;
Ω 0=2πf/рп=6,28•50/3=104,8 рад/с;
sи=(Ω 0- Ω и)/Ω 0=(104,8-59,4)/104,8=0,43,
Ми = 0,9Мном=0,9•117=159 Нм.
и нанесем ее на плоскость механических характеристик (см. рис. 5.5).
Для момента Ми = 159 Нм определим скольжение se при работе АД на естественной характеристике 2, которое оказывается равным 0,06.
По формуле (165) определим требуемое добавочное сопротивление:
R′2д= R′р(sи /sе -1)=0,89(0,43/0,06-1) = 5,5 Ом.
Критическое скольжение при включении добавочного сопротивления и работе АД на искусственной характеристике 3 будет равно
а критический момент в соответствии с (152)(184) на искусственной характеристике не изменится и будет равен Мк = 442 Нм.
Подставляя sк, Мк и новое значение α= Rс/R2'= 0,34/6,39 = 0,05 в (154), получим следующую расчетную формулу для механической характеристики:
М = 2•442(1+0,05 • 2,83)/(s/2,83 + 2,83/s+2 • 0,05 • 2,83).
Задаваясь рядом значений скольжения s, определим скорость и момент АД и сведем расчетные данные в табл.12:
Таблица 12.Расчетные данные искусственной механической характеристики
s | 0,43 | 0,6 | 0,8 | 2,83 | ||||
Ω, рад/с | 104,8 | 59,4 | 41,9 | -192 | ||||
М, Нм |
Задача 34. Для АД типа 4A160S (см. задачу 32) рассчитать сопротивление резистора R1д включение которого в цепь статора обеспечивает снижение пускового момента на 20% (μ = 0,8).
Задача 35. Для АД типа МТН-312-6 (см. задачу 33) рассчитать сопротивление R2д, включение которого в цепь ротора позволит получить пусковой момент двигателя, равный критическому (максимальному).
Задача 36. Для АД типа МТН-312-6 (см. задачу 33) построить пусковую диаграмму и рассчитать сопротивление пусковых резисторов в цепи ротора, обеспечивающих пуск АД в две ступени (m = 2) при Мс=Мном. Рабочий участок механических характеристик АД принять линейным.
Вопросы для самоконтроля
1. Дайте пояснения принципу работы АД и приведите схему замещения его.
2. Приведите выражения энергетических показателей работы АД.
3. Нарисуйте механическую и электромеханическую характеристики АД.
4. Перечислите возможные способы регулирования скорости вращения АД.
5. Дайте пояснения способу регулирования скорости вращения АД с помощью добавочных резисторов, включаемых в цепь обмотки статора, приведите механические характеристики АД при реализации этого способа.
6. Дайте пояснения способу регулирования скорости вращения АД с помощью добавочных резисторов, включаемых в цепь обмотки ротора, приведите механические характеристики АД при реализации этого способа.
7. Приведите методику расчета величины добавочных резисторов в цепи обмотки статора.
Дата добавления: 2019-02-08; просмотров: 3211;