Показники роботи трансформатора та асинхронного двигуна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство аграрної політики України

Харківський національний технічний університет сільського господарства імені Петра Василенка

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

З ЕЛЕКТРИЧНИХ МАШИН

Виконав:

Студент групи 42 Е

Лабзєв Ю.В.

Перевірив:

Вітренко М.М.

Харків 2012

Зміст

Вступ

1. Трансформатор

1.1 Вхідні дані трансформатора

1.2 Розрахунок трансформатора

1.3 Характеристика ХХ трансформатора

2. Асинхронний двигун

2.1. Вхідні дані асинхронного двигуна

2.2 Розрахунок асинхронного двигуна

2.3 Механічна характеристика асинхронного двигуна

Література

Вступ

Розвиток економіки України неможливий без розвитку електроенергетики, що в свою чергу неможливо без значного використання електричних двигунів, трансформаторів, та налагодження технічно грамотної їх експлуатації. Для підвищення конкурентоспроможності продукції підприємствам необхідно підвищувати рівень електрифікації виробництва та ефективність використання енергії, а також більш широке впровадження передових електротехнологічних процесів та сучасного обладнання з високими енергетичними показниками. З енергетичного обладнання найбільше застосування мають електричні двигуни, які відповідно і споживають більшу частину електричної енергії, Для зменшення споживання електроенергії необхідно створення і серійне виробництво нових серій електродвигунів з покращеними енергетичними, технологічними і експлуатаційними показниками і з діапазоном потужностей, від мікродвигунів до електродвигунів потужністю в кілька сотень кВт.

Підприємствами електроенергетики випускаються удосконалені електричні двигуни серій 4А, АИ. Із світової практики відомо, що масові серії асинхронних двигунів змінюються кожні 8…10 років. Тому вітчизняній електротехнічній промисловості необхідно проводити велику роботу з удосконалення конструкції та технології виготовлення асинхронних двигунів.

Теорія асинхронних машин подібна до теорії трансформаторів, і тому її починають вивчати при нерухомому роторі, тобто в режимі трансформатора. Цей зв'язок допомагає прискореному засвоєнню теорії електричних машин. Робочий процес при обертанні ротора, може бути зведений до робочого процесу при нерухомому роторі, тобто до режиму трансформатора. Одним із важливих аспектів теорії електричних машин є те, що як в трансформаторі, так і в асинхронному двигуні, в якому б режимі він не працював, магнітне поле статора і ротора нерухомі одне відносно іншого.

Трансформатор - статичний електромагнітний пристрій з двома або більшою кількістю індуктивно зв'язаних обмоток, який перетворює за допомогою електромагнітної індукції одну або декілька систем змінного струму в одну або декілька інших систем змінного струму.

Трансформатори бувають загального і спеціального призначення, одно - і багатофазні, стрижневі і броньові, двох - і багато обмоткові, сухі і масляні, з природним і примусовим охолодженням.

В енергетичних системах трансформатори призначені для передачі на великі відстані енергії, що виробляється на електростанціях до споживача, шляхом підвищення напруги, що значно зменшує витрати кольорових металів, а потім зниження напруги до експлуатаційних значень ( 0,66; 0,4; 0,23 кВ ).

Трансформатори електричних установок виготовляють номінальною потужністю від кількох одиниць до кількох тисяч кВА, а трансформатори що використовують в малопотужних колах автоматики, телемеханіки,електроніки, зв'язку і радіотехніки - від десятих ВА, до кількох тисяч ВА, У відповідності з цим номінальні напруги трансформаторів змінюються від десятих В до кількох тисяч В.

При роботі ел. машин при напрузі, що відрізняється від номінальної, параметри ел. машин відрізняються від паспортних. Цей фактор є важливим для терміну їх експлуатації. Електричні мережі сільської місцевості характеризуються значним коливанням напруги, що необхідно враховувати при виборі ел. машин.

Правильна експлуатація ел. машин неможлива без знань їх характеристик і вміння кваліфіковано провести інженерні розрахунки.

1. Трансформатор

1.1 Вхідні дані трансформатора

Варіант 2

1. Номінальна потужність S_н = 63 кВА

2. Номінальні лінійні напруги обмоток:

ВН U_1н = 6 кВ

НН U_2н = 0,4 кВ

3. Число фаз m = 3

4. Номінальна частота f = 50 Гц

5. Напруга короткого замикання u_к = 4,4 %

6. Діаметр стрижня d = 11 см

7. Відстань між стрижнями С = 25,5 см

8. Довжина стрижня ?_с = 43,5 см

9. Площа поперечного перерізу ярма П_я = 89 см²

10. Схема і група з'єднання Y/Y_н - 0

11. Марка сталі 3404

Матеріал обмоток

12. Товщина листів сталі і ярем д = 0,35 мм

13. Потужність короткого замикання Р_к = 1270 Вт

14. Потужність холостого ходу Р₀ = 340 Вт

15. Струм холостого ходу I₀ = 4 %

Ескіз магнітопроводу.



Мал. 1

1.2 Розрахунок трансформатора

Відповідно до табл. 1 приймаємо число ступенів в перерізі стрижня рівним 6.

К_к = 0,911 , К_з = 0,92.

Визначаємо площу активного поперечного перерізу сталі одного стрижня трансформатора

По табл. 2. приймаємо індукцію в стрижні трансформатора

В_с = 1,5753 Тл

Визначаємо число витків обмоток ВН і НН трансформатора

Перевірка відповідності кількості витків заданому коеф. трансформації

Розрахункове значення коеф. трансформації

Відносна різниця К_р К_з складає

що більше допустимої 0,66 % > 0,5 %

Проводимо перерахунок

Визначаємо значення індукції при W₂ = 83 вит

Визначаємо кількість витків в первинній обмотці трансформатора при даному значені величини індукції

Визначаємо розрахункове значення коеф. трансформації



Відносна різниця К_р К_з складає

що менше допустимого значення 0,4 % 0,5 %

Для визначення втрат в сталі знайдемо масу стрижнів і ярем

G_c = 3*П_с*L_с*г = 3*0,00796*0,435*7650 = 79,46 кг

G_я = 2*П_я*L_я*г = 2*0,0089*(2*0,255+0,11)*7650 = 84,43 кг

Визначаємо індукцію в ярмі

За таб. знаходимо питомі втрати в сталі 3404 товщиною 0,35 мм

р_с = 1,251 Вт/кг

р_я = 0,947 Вт/кг

Визначаємо втрати потужності в сталі трансформатора

Р_о = К_д*(р_с*G_c+G_я*р_я) = 1,25*(1,251*79,46+84,43*0,947) = 224,2 Вт

що менше контрольної цифри 340 Вт на 33%

За таб. визначаємо питому намагнічуючу потужність стрижня

В_с = 1,58 Тл, q_c = 1,675 Вар/кг, ярем В_я = 1,41 Тл, q_я = 1,087 Вар/кг

і зазору В_с = 1,58 Тл,

q_з = 22100 Вар/м²

Розрахунок намагнічуючої потужності трансформатора при ХХ

Q_о = К_д*(q_с*G_c+q_я*G_я+6*q_з*П_с) =

= 1,25*(1,675*79,46+1,087*84,43+6*22100*0,00796) = 1600,5 ВАр

Визначаємо активну складову струму ХХ

Визначаємо силу струму ХХ

Визначаэмо реактивну складову струму ХХ

Визначаємо силу струму ХХ однієї фази

Визначаємо номінальний струм трансформатора

Визначаємо розрахункове значення сили струму ХХ однієї фази в %

що менше контрольної величини 4 % > 1,2 %

Розрахунок струму ХХ трансформатора при U = 0,5U_н

U = 0,5*U_н = 0,5*6000 = 3000 В

В_{с 0,5} = 0,5*В_с = 0,5*1,58 = 0,79 Тл

В_{я 0,5} = 0,5*В_я = 0,5*1,41 = 0,709 Тл

р_с = 0,3135 Вт/кг

р_я = 0,2583 Вт/кг

р_0,5 = 1,25*(0,3135*79,46+0,2583*84,43) = 58,39 Вт

В_{с 0,5} = 0,79 Тл

q_с = 0,368 Вар/кг

q_з = 273 Вар/м²

В_{я 0,5} = 0,709 Тл

q_я = 0,308 Вар/кг

Q_0,5 = 1,25*(0,368*79,46+0,308*84,43+6*273*0,00796) = 85,35 Вар

Розрахунок струму ХХ трансформатора при U = 0,8U_н

U = 0,8*U_н = 0,8*6000 = 4800 В

В_{с 0,8} = 0,8*В_с = 0,8*1,58 = 1,264 Тл

В_{я 0,8} = 0,8*В_я = 0,8*1,41 = 1,128 Тл

р_с = 0,7454 Вт/кг

р_я = 0,634 Вт/кг

р_0,8 = 1,25*(0,7454*79,46+0,634*84,43) = 140,9 Вт

В_{с 0,8} = 1,264 Тл

q_с = 0,8468 Вар/кг

q_з = 6176 Вар/м²

В_{я 0,8} = 1,128 Тл

q_я = 0,68 Вар/кг

Q_0,8 = 1,25*(0,8468*79,46+0,68*84,43+6*6176*0,00796) = 524,6 ВАр

Розрахунок струму ХХ трансформатора при U = 1,1U_н

U = 1,1*U_н = 1,1*6000 = 6600 В

В_{с 1,1} = 1,1*В_с = 1,1*1,58 = 1,74 Тл

В_{я 1,1} = 1,1*В_я = 1,1*1,41 = 1,55 Тл

р_с = 1,744 Вт/кг

р_я = 1,1875 Вт/кг

р_1,1 = 1,25*(1,744*79,46+1,1675*84,43) = 298,6 Вт

В_{с 1,1} = 1,74 Тл

q_с = 5,56 Вар/кг

q_з = 37800 Вар/м²

В_{я 1,1} = 1,55 Тл

q_я = 1,531 Вар/кг

Q_1,1 = 1,25*(5,56*79,46+1,531*84,43+6*37800*0,00796) = 2970,8 ВАр

1.3 Характеристика ХХ трансформатора

Мал. 2

трансформатор електричний струм двигун

2.Асинхронний двигун

2.1 Вхідні дані асинхронного двигуна

Варіант 2

1. Електричний двигун АИР71А4БС

2. Потужність Р_н = 0,55 кВт

3. Ковзання s = 9,5 %

4. ККД _н = 70,5 %

5. Номінальний коеф. потужності двигуна сos ??_н = 0,7

6. Кратність пускового моменту двигуна до номінальногок_п = 2,2

7. Кратність максим. моменту двигуна до номінальногок_max = 2,2

8. Кратність мінім. моменту двигуна до номінального к_min = 1,8

9. Кратність пускового струму двигуна до номінального к_і = 5

10. Напруга U_н = 380 В

2.2 Розрахунок асинхронного двигуна

Розшифровка позначення двигуна

АИР серія (А - асинхронний, И - інтерелектро, Р - для внутрішнього використання)

виповнення закрите обдуваєме

ротор коротко замкнутий

станина та щити чавунні або стальні

71 висота вісі обертання, мм

А менша довжина сердечника

4 кількість полюсів

Б з вбудованим термовимикачем

С для сільського господарства

Кількість пар полюсів

р = 2, так як 2р = 4

Синхронна частота обертання

Синхронна кутова швидкість

Номінальна частота обертання

n_н = n₁ (1 - s_н) = 1500*(1 - 0,095) = 1357,5 хв^-1

Номінальна кутова швидкість

??_н =??₁ (1 - s_н) = 157*(1 - 0,095) = 142,1 с^-1

Номінальній струм

Частота перемагнічування ротора при номінальному ковзанні

f_2н = f₁*s_н = 50*0,095 = 4,75 Гц

Активна потужність, що споживається з мережі при номінальному навантажені



Номінальний момент

Реактивна потужність, що споживається з мережі при номінальному навантажені

Пусковий момент

М_п = К_п М_н = 2,2*3,87 = 8,514 Нм

Максимальний момент

М_max = К_max М_н = 2,2*3,87 = 8,514 Нм

Мінімальний момент

М_min = К_min М_н = 1,8*3,87 = 6,966 Нм

Пусковий струм

I_п = К_і I_н = 5*1,7 = 8,5 А

Повна потужність, що споживається двигуном при запуску



Критичне ковзання (при М_max)

Опір фази при короткому замиканні

Допустимий струм електричного двигуна при однофазному живлені, враховуючи незмінність втрат в обмотках статора

Частота перемагнічування ротора при пуску s_п = 1

f_2п = f₁*s_п = 50*1 = 50 Гц

Частота перемагнічування ротора при синхронній частоті обертання s_с=0

f_2с = f₁*s_с = 50*0 = 0 Гц

Повна потужність, що споживається з мережі при номінальному навантажені

Перевантажувальна здатність при U' = 0,9 U_н, якщо М₂ = М_н

Допустима втрата напруги, виходячи з умови статистичної стійкості, якщо (М₂ =М_н К'_max = 1). При розрахунках номінальна напруга береться у відносних одиницях U_н = 1.

Допустима втрата напруги Д виходячи з умови пуску, якщо М₂ =М_н (у цьому випадку К'_п = 1) та М_min = М_н ( К'_min = 1)

Пусковий момент при додатковому опорі у статорі, коли I_п зменшується в 2 рази

М_п = К?_пМ_н = 0,55*3,87 = 2,13 Нм

К?_п ? К_п ()² = 2,2*(0,5)² = 0,55

Механічні характеристики електричного двигуна будуються при U_н, U? = 0,9*U_н,

U? = 0,67*U_н, U?₁ = 0,67*U_н, U?₂ = 0,75 U_н.

Для побудови механічних характеристик проводимо розрахунки, та враховуємо те,що ковзання при М_min буде біля 0,8

U? = 0,9*U_н

К'_max = К_max*(0,9*U_н)² = 2,2*0,81 = 1,782

К'_min = К_min*(0,9*U_н)² = 1,8*0,81 = 1,782

К'_п = К_п*(0,9*U_н)² = 2,2*0,81 = 1,458

U? = 0,67*U_н

К'_max = К_max*(0,67*U_н)² = 2,2*0,45 = 0,99

К'_min = К_min*(0,67*U_н)² = 1,8*0,45 = 0,81

К'_п = К_п*(0,67*U_н)² = 2,2*0,45 = 0,99

U₁? = 0,67*U_н

К'_max = К_max*(0,67*U_н)² = 2,2*0,45 = 0,99

К'_min = К_min*(0,67*U_н)² = 1,8*0,45 = 0,81

К'_п = К_п*(0,67*U_н)² = 2,2*0,45 = 0,99

U₂? = 0,75*U_н

К'_max = К_max*(0,75*U_н)² = 2,2*0,56 = 1,24

К'_min = К_min*(0,75*U_н)² = 1,8*0,56 = 1

К'_п = К_п*(0,75*U_н)² = 2,2*0,56 = 1,24

2.3 Механічна характеристика асинхронного двигуна

Мал. 3 Механічні характеристики АД

Література

1. Тихомиров П.М. Расчёт трансформаторов. - М.: Энергоатомиздат, 1986, - 528 с.

2. Александров Н.Н. Электрические машины и микромашины. М.: Колос, 1983. - 384 с.

3. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия,1978, - 832 с.

4. Прищеп Л.Г. Учебник сельского электрика - М.: Агропромиздат,1986. - 509 с.

5. Марченко О.С. Довідник по монтажу і налагодженню електрообладнання в сільському господарстві. - К.: Урожай, 1994 - 240 с.

6. Бодин А.П., Московкин Ф.М. Новое электрооборудование для сельского хозяйства. - М.: Россельхозиздат, 1975 - 239 с.

7. Андрианов В.Н. Электрические машины и аппараты. - М.: Колос, 1971 - 447 с.

Размещено на Allbest.ru