Электропривод и электрооборудование: Методические указания к лабораторным работам, страница 6

Это равновесие может нарушаться под влиянием возмущающих воздействий (изменение питающего напряжения, момента сопротивления и т. д.). В зависимости от дальнейшего поведения электропривода различают устойчивые и неустойчивые системы. Электропривод работает устойчиво, если, будучи выведен из состояния равновесия, он способен без специального регулятора вернуться к этому состоянию (если снято возмущающее) или переходит в новое равновесное состояние (если установились новые внешние условия) с некоторым отклонением частоты вращения от предыдущей. Если же после снятия возмущения система самостоятельно не может вернуться в исходную точку статического равновесия, то она является неустойчивой.

Энергетическими характеристиками АД называются зависимости коэффициента мощности (сдвига фаз) cos j и к.п.д. h от режима работы. Рассмотрим изменение этих характеристик при постоянстве угловой скорости w и изменении момента нагрузки М. Коэффициент сдвига (при синусоидальном токе он же является коэффициентом мощности) равен

cos w = P₁ / U₁I₁ , где Р₁ - активная мощность, U₁I₁ - полная мощность, U₁ - напряжение и I₁ - ток одной фазы двигателя.

При малых нагрузках, близких к режиму холостого хода, активная мощность Р₁, потребляемая из сети, относительно невелика, и коэффициент мощности cos j мал. С ростом нагрузки возрастает активная мощность Р₁, реактивная мощность остается неизменной, и коэффициент мощности cos j увеличивается.

Коэффициент полезного действия h АД равен

h = Р_В / 3Р₁ = Р_В / Р , где Р = 3Р₁  - мощность, потребляемая из сети тремя фазами;

Р_В = 3Р₁ - DР  - полезная мощность на валу двигателя;

DР = Р_М + Р_СТ + Р_МЕХ  - потери мощности в двигателе;

Р_М = I²R_Э-потери в обмотках статора и ротора (в меди) от нагрева током I;

R_Э - эквивалентное сопротивление потерь;

Р_СТ - потери в стали магнитопровода на гистерезис и вихревые токи, зависящие от частоты питающего напряжения и магнитной индукции;

Р_МЕХ » Р_МЕХН w / w_н  - механические потери в подшипниках, вентиляционные и др., зависящие от частоты вращения ротора.

При малых нагрузках мощность Р_В мала и соизмерима с величиной потерь Р_СТ, и Р_МЕХ, не зависящих от нагрузки. С ростом нагрузки мощность Р_В увеличивается, мощностные потери Р_СТ и Р_МЕХ существенно не меняются и к.п.д. h растет. При мощности Р_В, при которой потери Р_М в меди достигают суммарной величины потерь в стали Р_СТ и механических Р_МЕХ, и к.п.д. h падает. На рис. 2.1. показано, как меняются коэффициент мощности cos j и к.п.д. h электродвигателя от нагрузки при постоянстве частоты вращения ротора.

Рис.2.2. Энергетические характеристики асинхронного электродвигателя

Программа и порядок выполнения работы

1. Построить механическую характеристику по паспортным данным. Построение можно осуществить по точкам: идеального холостого хода (М = 0; w = w_о), номинального режима (М = М_Н; w = w_н), критического (М = М_К; w = w_к) и пускового режима (М = М_П; w = 0). Требуемые значения моментов и скоростей могут быть найдены из соотношений:

w_о = 2 p f / p, рад/с;        М_Н = Р_Н / w_н, Н×м;

w_н = 2 p n_н / 60, рад/с;       S_Н = w_о - w_н / w_о;

М_К = m_к М_Н, Н×м;       S_К = S_Н (m_к +Öm_к² - 1 );

w_к = w_о (1 - S_К ), рад/c;        М_В = Р_В / w, Н×м;

М = М_В (U_Н / U)².

Используя приведенные соотношения, сделать расчеты и результаты свести в табл. 2.1., после построить график w = f (М), аналогично как на рис.2.1.

Таблица 2.1

   2. Построить механическую характеристику АД по экспериментальным данным. Для проведения испытаний собрать схему (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема лабораторной установки