Исследование характеристик асинхронных электродвигателей при несимметричных питающих напряжениях
Определение симметричных составляющих напряжений. Расчет механической характеристики двигателя. Вычисление и обоснование токов и потерь в обмотке статора. Модуль коэффициента обратной последовательности, а также напряжений прямой последовательности.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 10.04.2018 |
| Размер файла | 85,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчетно-графическая работа
Исследование характеристик асинхронных электродвигателей при несимметричных питающих напряжениях
1. Определение симметричных составляющих напряжений
Вследствие большого числа однофазных электроприемников и сложности равномерного распределения нагрузки по фазам напряжения в сельских электрических сетях 0,4 кВ несимметричны, что отрицательно влияет на работу асинхронных электродвигателей. Их характеристики зависят от напряжений прямой и обратной последовательностей, которые можно найти, если известны линейные напряжения в сети. Центр тяжести треугольника линейных напряжений совпадает с нейтралью звезды фазных напряжений, вектора которых направлены по медианам к его вершинам. Модули несимметричных фазных напряжений определяются по формулам:
. (1)
Каждое из фазных напряжений определяется сумой векторов составляющих прямой и обратной последовательностей. В каждой из симметричных систем модули напряжений различных фаз равны между собой, а вектора сдвинуты по фазе на 120о, но порядок их чередования противоположен, поэтому модули полных напряжений в системе (1) различаются по величине.
Наиболее простой способ определения напряжений прямой и обратной последовательностей заключается в следующем. Находится определитель обратной последовательности 2U, равный:
. (2)
В практических расчетах ось координат удобно совмещать с вектором напряжения прямой последовательности в фазе с наибольшим напряжением. Угол между векторами напряжений обратной и прямой последовательностей 2U представляет собой основной аргумент и определяется по формуле:
(3)
Знак минус здесь соответствует чередованию фаз в прямом направлении, а знак плюс - в обратном.
Модуль коэффициента обратной последовательности равен:
(4)
напряжение статор двигатель обмотка
Модули напряжений прямой и обратной последовательностей:
; . (5)
Полученные таким образом вектора напряжений прямой и обратной последовательностей показаны на рис. 1.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
2. Расчет механической характеристики двигателя
Характеристики асинхронных машин при несимметричном питании можно получить методом наложения, считая, что системы напряжений прямой и обратной последовательностей действуют независимо друг от друга. Система напряжений прямой последовательности вызывает в обмотках статора и ротора токи прямой последовательности, создающие основной вращающий момент М1, направление которого совпадает с направлением вращения ротора. Под действием напряжений обратной последовательности в обмотках протекают токи обратной последовательности, создающие противоположно направленный момент М2. Синхронные частоты вращения прямой и обратной последовательностей равны между собой по величине, и противоположны по знаку: 01 = -02. Скольжения прямой и обратной последовательностей при частоте вращения ротора 2 составляют:
. (6)
В обоих случаях для расчетов можно использовать Г-образную схему замещения (рис. 2). Разница заключается в том, что при расчете в нее подставляются напряжения и скольжения прямой (U1, s1) или обратной (U2, s2) последовательностей.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Механические характеристики представляют собой зависимости вращающего момента от частоты вращения ротора: или скольжения: . Поскольку n2 и s жёстко связаны, от одной формы записи всегда можно перейти к другой. Частота вращения может выражаться как в оборотах в минуту (n), так и в радианах (щ). Связь между параметрами s, n, щ выражается зависимостями:
.
Общее уравнение механической характеристики имеет вид:
, (7)
где r1; r'2; x1; x'2 - активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора соответственно, которые приводятся в каталожных данных (или определяются по опытам холостого хода и короткого замыкания); С1 - поправочный коэффициент, равный:
.
При параллельном соединении r0; x0 модуль полного сопротивления определяется по формуле:
Важной точкой механической характеристики является точка, соответствующая максимальному (критическому) моменту, равному:
. (8)
Скольжение при этом составляет:
. (9)
Пусковой момент определяется по формуле:
. (10)
Скольжение при пуске равно единице, поскольку щ2 = 0.
Эти формулы справедливы для напряжений прямой и обратной последовательности. Результирующий момент определяется разностью прямого и обратного моментов, однако, практически всегда (за исключением неполнофазных режимов) можно считать: М1 >> М2, и рассчитывать механическую характеристику только по напряжению прямой последовательности, принимая: .
Механические характеристики можно рассчитать также по приводимым в каталогах относительным значениям максимального (µmax), минимального (µmin), и пускового (µпуск) моментов. При этом с учетом относительно значения напряжения определяются следующие точки:
Точка 1 - режим идеального холостого хода, когда частота вращения ротора равна частоте вращения поля статора, и машина не развивает вращающего момента:
Точка 2 - режим работы при номинальной частоте вращения:
Точка 3 - режим, при котором электродвигатель развивает максимальный вращающий момент:
Точка 4 - соответствует провалу в механической характеристике:
Точка 5 - соответствует моменту пуска:
При s > sкр значения моментов, рассчитанные по каталожным данным, могут существенно отличаться от тех, которые вычислены при тех же скольжениях по уравнению (7). Это объясняется изменением параметров двигателя в процессе пуска за счет эффекта вытеснения тока, и действием высших гармонических составляющих магнитных потоков в воздушном зазоре. Общий вид механических характеристик показан на рис. 3.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Установившийся режим работы характеризуется равенством момента, развиваемого двигателем и момента сопротивления рабочей машины Мс. Для многих механизмов можно считать, что момент сопротивления не зависит от скорости, при этом его можно выразить в долях от номинального момента двигателя (коэффициента загрузки):
.
При коэффициентах загрузки и относительно небольших снижениях напряжения скольжение по прямой последовательности в установившемся режиме работы определяется по формуле:
. (11)
3. Определение токов и потерь в обмотке статора
Скольжение s2 в соответствии с (6) велико, поскольку по отношению к системе обратного чередования фаз машина находится в режиме электромагнитного торможения. Даже при относительно небольших напряжениях обратной последовательности соответствующие токи и дополнительные потери мощности могут быть весьма значительными. Приведенные токи ротора прямой и обратной последовательностей в установившемся режиме вычисляются по формулам:
(12)
из которых следует, что они зависят не только от величин, но и от фазовых сдвигов напряжений и сопротивлений прямой и обратной последовательностей. Фазовые сдвиги токов относительно соответствующих напряжений равны:
(13)
Токи обратной последовательности практически не зависят от нагрузки. Вследствие того, что сопротивление ветви намагничивания многократно превышает сопротивление обратной последовательности: , намагничивающий ток определяется только по напряжению прямой последовательности. Для Г - образной схемы замещения при параллельном соединении r0; x0:
. (14)
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Полные токи в фазах обмотки статора найдем с помощью векторной диаграммы (рис. 4), на которой вектора токов и напряжений прямой последовательности различных фаз совмещены. Строится она следующим образом.
1. Откладываем вектор напряжения прямой последовательности, и под углом б2U к нему достраиваем вектор напряжения обратной последовательности U2
2. Выбираем масштаб токов, и под углом ц0 по отношению к вектору U1 из начала координат строим вектор тока намагничивания I00
3. В том же масштабе из конца вектора I00 под углом ц21 откладываем вектор тока
4. Под углом ц22 по отношению к вектору U2 откладываем от конца вектора вектор тока
5. Чтобы получить полные токи в двух других фазах, из той же точки строим вектора тока , повернутые на ± 120о.
6. Соединяя начало координат с концами векторов токов обратной последовательности, получаем вектора , по которым с учетом масштаба вычисляем токи в различных фазах обмотки статора.
Электрические потери в отдельных фазах обмотки статора и их сумма определяются по формулам:
, (15)
. (16)
Суммарные потери зависят только от модулей токов прямой и обратной последовательностей, и увеличиваются по сравнению с симметричным режимом относительно мало. Однако, потери в отдельных фазах неодинаковы. В фазе с наибольшим током они находятся в пределах:
,
и могут значительно превышать среднее значение, и потери при номинальном токе: . Такой режим может привести к повышенному нагреву одной из обмоток.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Расчет несимметричных режимов в трехфазных схемах с помощью метода симметричных составляющих. Вычисление токов и напряжений при несимметричных КЗ. Построение векторной диаграммы по месту КЗ. Этапы преобразования схемы замещения прямой последовательности.
курсовая работа [991,2 K], добавлен 31.03.2012Появление токов и напряжений обратной последовательности. Анализ симметричных составляющих программой "Waveform.exe". Отключение секционника при успешном автоматическом повторном включении. Действия оперативного персонала при аварии на подстанции.
контрольная работа [598,8 K], добавлен 12.10.2012Определение параметров схемы замещения прямой последовательности. Расчет начальных значений токов трехфазного короткого замыкания и его периодической составляющей. Схема замещения нулевой и обратной последовательности, особенности расчета токов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 23.01.2013Приведение параметров сети к базисным условиям. Расчет тока трехфазного короткого замыкания методом аналитическим и расчетных кривых. Определение несимметричных и симметричных составляющих токов и напряжений в месте двухфазного короткого замыкания.
курсовая работа [933,8 K], добавлен 21.10.2011Изучение особенностей соединения фаз приемников по схеме "звезда". Опытное исследование распределений токов, линейных и фазных напряжений при симметричных и несимметричных режимах работы трехфазной цепи. Выяснение роли нейтрального провода в цепи.
лабораторная работа [89,6 K], добавлен 22.11.2010Расчёт токов симметричного трехфазного и несимметричного двухфазного короткого замыкания, сравнение приближенных и точных результатов. Построение векторных диаграмм и расчёт теплового импульса. Определение токов и напряжений в месте повреждения.
курсовая работа [869,0 K], добавлен 31.01.2011Определение линейных и фазных токов и напряжений обмоток высшего и низшего напряжения, испытательных напряжений обмоток, активной и реактивной составляющих напряжения короткого замыкания. Вычисление магнитной системы. Поверочный тепловой расчет обмоток.
курсовая работа [318,4 K], добавлен 21.03.2015Определение: инвариантов напряженного состояния; главных напряжений; положения главных осей тензора напряжений. Проверка правильности вычисления. Вычисление максимальных касательных напряжений (полного, нормального и касательного) по заданной площадке.
курсовая работа [111,3 K], добавлен 28.11.2009Расчёт короткого двухфазного замыкания на землю. Построение векторных диаграмм токов и напряжений в месте КЗ и на зажимах генератора. Составление схемы замещения обратной последовательности. Определение периодической слагающей тока в месте КЗ.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 13.03.2011Особенности расчета характеристик и определение параметров асинхронных короткозамкнутых двигателей по каталожным данным. Расчеты параметров обмоток статора и ротора, характеристики двигателя в двигательном режиме и в режиме динамического торможения.
курсовая работа [801,8 K], добавлен 03.04.2010
