Контрольная работа по дисциплине «Электрические машины»

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

Дальневосточный федеральный университет

 

Инженерная  школа

 

Кафедра электроэнергетики  и электротехники

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

по дисциплине «Электрические машины»

Специальность 140600 «электропривод и автоматика промышленных установок  и технологических комплексов»

 

 

 

На тему «Асинхронный двигатель»

 

 

 

 

 

	Выполнил студент гр. ВЦ 0841   _____________ С.В. Стиканов
Регистрационный №           _________     _________________        Подпись                                           И.О.Фамилия	Проверил проф.   ________________ В.Д.Сергеев
«___»__________________2012г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Г.Владивосток.

2012

 

 

1. Изобразите эскиз асинхронного двигателя, пронумеруйте и назовите основные его части. Укажите назначение функционально необходимых  частей.

 

(1) - Станина

(2) - Сердечник статора

(3) - Обмотка статора

1 – вал ротора

2 - сердечник ротора

3 – стержни ротора

 

 

Вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе: 1 – станина, 2 – сердечник статора, 3 – обмотка  статора, 4 – сердечник ротора с  короткозамкнутой обмоткой, 5 – вал.

	Обмотка статора может быть соединена  по схеме звезда или треугольник

2. Приведите условное графическое изображение и буквенное обозначение трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым и с фазным ротором по ГОСТ2.722-68. Промаркируйте выводы обмоток по ГОСТ183-74.

 

На рис. 2.5 приведено условное обозначение  асинхронного двигателя с короткозамкнутым (а) и фазным (б) ротором.

 

 

а	б
Рис. 2.5

 

Обмотка статора состоит из трёх отдельных частей, называемых фазами. Начала фаз обозначаются буквами c1,c2,c3, концы – c4,c5,c6 по ГОСТ 183-74 до 01.01.1987г. И начало U1,V1,W1, концы U2,V2,W2, по ГОСТ 183-74 после 01.01.1987г.

 

 

Выводы вторичных обмоток  трехфазных асинхронных двигателей с фазным ротором и обмоток возбуждения синхронных машин.  
      
     

Наименование или схема соединения обмотки	Число выводов	Наименование фазы и вывода	Обозначение вывода
			Начало	Конец
Вторичная обмотка (открытая)	6	Первая фаза	K1	K2
		Вторая фаза	L1	L2
		Третья фаза	M1	М2
Соединение в звезду	3 или 4	Первая фаза	K
		Вторая фаза	L
		Третья фаза	М
		Точка звезды	Q
Соединение в треугольник	3	Первый вывод	K
		Второй вывод	L
		Третий вывод	М

 

 Выводы обмоток  ротора

Число выводов на контактных кольцах	Названия выводов	Обозначения выводов
3	Первая фаза	Р1
	Вторая фаза	Р2
	Третья фаза	Р3
4	Первая фаза	Р1
	Вторая фаза	Р2
	Третья фаза	Р3
	Нулевая точка	0

 

 

Кратко опишите принцип действия асинхронного двигателя.

Асинхроный двигатель  это электрическая машина переменного  тока частота вращения ротора которой  отличается от частоты вращения основной гармонического магнитного поля воздушного зазора.

При прохождения обмотки статора трехфазного переменного тока создается вращающееся магнитное поле. Его скорость n₁=60f/p об/мин

Магнитное поле статора  пересекает проводники обмотки статора  и ротора.

Токи в роторных обмотках, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем статора, создают вращающий момент приводящий ротор во вращение.

Скорость ротора n₂ будет всегда меньше синхронной частоты вращения n₁

т.е. ротор всегда отстает  от поля статора т.к. только в этом случае магнитное поле статора пересекает проводники ротора. Разность между частотами поля статора n₂ и ротора n₁ называется частотой скольжения ∆n

∆n= n₁-n₂

Ротор вращается асинхронно т.е. частота вращения его меньше частоты вращения поля статора n₁. Относительная разность скоростей поля статора и ротора называется скольжение S=(n₁-n₂)/ n₁

0,02 или 2 %. Обычно скольжение 2-6 %

 

3. Рассчитайте и постройте на общем рисунке естественную и искусственную реостатную механические характеристики асинхронной машины в различных режимах работы      (двигательном , генераторном и противовключения).

 

               Вариант исходных данных двигателя   при частоте f = 50 Гц возьмите в таблице.

Номер студента в списке	Р2н, кВт	Sн	Skе	Skи	2р	R2, Ом
35	37	0,030	0,23	0,36	4	0,101

 

 

 

 

Здесь :  Р_2н - номинальная мощность;

             S_н, S_kе S_kи –  номинальное и критические скольжения на естественной и искусственной характеристиках;

             R₂ - активное сопротивление фазы обмотки ротора;

              2р - число полюсов.

1 Частота вращения поля (синхронная )  

                  

                         n₁ = 60 f / p=60*50/4=1500(об/мин.)                                                            

 

2 Номинальная частота вращения ротора

 

                         n_н = n₁(1-S_н)=1500(1-0,03)=1455 (об/мин.)           

                                          

 

3 Номинальный момент  двигателя

 

                М_н = 9550 Р_2н /  n_н =9550*37/1455=242.85(Нм)

                                         

где Р_2н - в кВт.

 

4 Критический (максимальный)  момент

 

                М_к 0.5 М_н(S_н/S_kе + S_kе/S_н)=0,5*242.85*(0,03/0,23+0,23/0,03)=

 

=946.77(Нм)

                             

Приближенный расчёт электромагнитного момента выполняйте по упрощенной формуле Клосса:                                  

где S - скольжение ротора, соответствующее заданным ниже точкам характеристик; при этом  S_k = S_kе для естественной характеристики и S_k= S_kи – для искусственной реостатной характеристики.

 

Частота вращения ротора  и скольжение связаны соотношениями

 

                 n = n₁(1-S), S= (n₁- n)/n₁.                               

 

По приведенным формулам определите координаты следующих точек

для построения естественной и искусственной реостатной механических характеристик:

 

 

Для естественной характеристики

 

а) точка идеального  холостого хода

 

n = n₁=1500 (об/мин.)

М= 0

 

б) точка при номинальном моменте

 

n_н=1455(об/мин.)

М_н =242.85 (Нм)

 

в) точка критического (максимального) момента

 

n_k= n₁(1-S_ке)=1500*(1-0,23)=1155 (об/мин.)

M_k =946.772 (Нм)

 

г) точка начала пуска

 

s=(n₁-n)/n₁=(1500-0)/1500=1

n =0(об/мин.)

M_п.нач = 2 М_к/(S_kе/S + S/S_kе)=2*946.772/(1/0.23+0.23/1)=413.633 (Нм) 

 

д) точка в режиме противовключения, при S=1,5

 

n= n₁(1-S) =1500(1-1,5)= -750 (об/мин.)

M = 2 М_к/(S_kе/S + S/S_kе)=2*946.772/(1,5/0.23+0.23/1,5)=283.67 (Нм) 

 

е) точка в генераторном режиме, при S= - 1,5

 

n= n₁(1-S) =1500(1-(-1,5))= 3750 (об/мин.)

M = 2 М_к/(S_kе/S + S/S_kе)=2*2865/((-1,5)/0.093+0.093/(-1,5))=-283.674 (Нм) 

 

ё) точка в генераторном режиме, при S=-S_ke

M=-M_k=-946.772(Нм) 

n= n₁(1– Ser )=1500(1-(-0.23))=1845(об/мин.)

 

Рассчитайте добавочное сопротивление, введённое в цепь ротора для получения заданной искусственной реостатной механической характеристики:  

                            

   R_2д = R₂(S_ки/S_ке - 1)=0,101(0,36/0,23-1)=0,057(Ом)

 

Для искусственной характеристики

 

1. точка идеального  холостого хода

 

М₁=0; n = n₁.

n = n₁=1500 (об/мин.)

 

2. точка при номинальном моменте

 

М₂= Мн;  n₂ = n₁(1– S₂), 

 

где S₂= Sки (Мк/Мн)[1 – ((1-(Мн/Мк)²)^0,5]=

 

=0.36*(946.772/242.85)*(1-((1-(242.85/946.722)²)^0.5)= 0,0469

n₂= n₁(1– S₂)=1500*(1-0.0469)=1429.57 (об/мин.)

 

М_н = 242.85(Нм)

 

3. точка критического (максимального) момента

S=Sки,  n₃=n₁(1-Sки);  М₃=Мк.

n_k= n₁(1-S_ки)= 1500*(1-0,36)=960 (об/мин.)

M_k=946.772 (Нм)

 

4. точка начала пуска

 

n₄=0;  М₄= 2Мк/(1/Sки + Sки/1).

n =0(об/мин.)

 

M_п.нач = 2 М_к/(S_kи/S + S/S_kи)=2*946.772/(1/0.36+0.36/1)=603.466 (Нм) 

 

 

5. точка в режиме противовключения, при S=1,5

 

М₅ = 2Мк/(1,5/Sки +  Sки/1,5);  n₅=n₁(1-1,5).

n= n₁(1-S) =1500(1-1,5)= -750 (об/мин.)

 

M = 2 М_к/(S_kи/S + S/S_kи)=2*946.772/(1,5/0.36+0.36/1,5)=429.7 (Нм)

 

6. точка в генераторном режиме, при S= - 1,5

S  = -Sки;  M₆= -Мк,  n₆ = n₁(1 -  Sки).

n= n₁(1-S_ки) =1500(1-(-1,5))= 3750 (об/мин.)

 

M = 2 М_к/(S_kи/S + S/S_kи)=2*946.772/((-1,5)/0.36+0.36/(-1,5))=-429.7 (Нм)

 

7.  точка в генераторном режиме, при S=-S_ke

 

M=-M_k=-946.772(Нм) 

n= n₁(1– S_ки.r )=1500(1-(-0.36))=2040(об/мин.)

 

 

 

График естественной и искусственной реостатной механических характеристики.