Дослідження режиму оптимізації енергетичних показників АД з реґульованим джерелом напруги у колі статора

МЕТА: Вивчення способу підвищення енергетичних показників АД при зміні його завантаження

Основні теоретичні відомості

Практичний інтерес являє собою можливість для зниження втрат електроенергії АД, тому що такі ЕП є самим масовим споживачем електричної енергії, тому її економія навіть у малих розмірах, стосовно до всього парку експлуатованих АД, може дати значний ефект.

При сталості частоти струму статора припускається реґулювання тільки напруги статора АД, для чого в основному використовуються тиристорні реґулятори змінної напруги (ТРН).

Для забезпечення мінімальних втрат у двигуні необхідно при будь-яких навантаженнях підтримувати постійне оптимальне ковзання, зумовлене виразом (3.1). Ковзання S_опт, що відповідає мінімуму втрат:

, (3.1)

де – активний опір статора, Ом;

– реактивний опір контуру намагнічування, Ом;

– активний опір контуру намагнічування, Ом;

– приведений до обмотки статора опір ротора, Ом;

.

Ковзання, що відповідає мінімуму струму статора:

. (3.2)

Ковзання, що відповідає мінімуму споживаної потужності:

. (3.3)

Реґулювати напругу при роботі двигуна з навантаженням, меншим ніж номінальне, можна за різними законами, які розглянуті у [1].

Максимальний ККД двигуна при зміні навантаження відповідає коефіцієнту реґулювання напруги (, де – діюча напруга на статорі, – номінальна напруга статора), який розраховується за наступним виразом:

, (3.4)

де – відносна величина моменту;

– номінальні електричні втрати в двигуні, Вт;

– номінальні магнітні втрати в двигуні, Вт.

Максимальне значення коефіцієнта потужності відповідає наступному значенню коефіцієнта :

. (3.5)

За умови :

. (3.6)

При недовантаженні двигуна зменшується .

 

Опис лабораторної установки

Функціональна схема і вид лицьової панелі стенда зображені на рисунках 3.1 та 3.2 відповідно.

До складу стенда входить два двомашинні аґреґати, кожний з яких містить дві механічно з'єднані електричні машини змінного та постійного струму асинхронний електродвигун АД1 і генератор постійного струму Г, асинхронний двигун АД2 і двигун постійного струму ДПС. Машини постійного струму ввімкнені за схемою “ґенератор-двигун”.

Навантаження досліджуваного двигуна АД1 здійснюється ґенератором Г, двигуном ДПТ і навантажувальною машиною АД2.

Для запуску та зупинки двигуна АД1 слугує автоматичний вимикач АВ1 і пускач Л1. З'єднання обмоток статора в “зірку” чи в “трикутник” виконується перемикачем, що знаходиться на лицьовій панелі стенда.

У ланцюзі живлення двигуна АД1 установлені прилади для виміру напруги V2, струму А1 (у кожній фазі А1.1, А1.2, А1.3), споживаної потужності W1.

Запуск і зупинка АД2 проводиться за допомогою автоматичного вимикача АВ2 і пускача Л2.

Автоматичний вимикач АВ4 слугує для підключення навантаження до ґенератора. Для виміру в якірному ланцюзі Г-ДПС напруги установлений вольтметр V1, струму – амперметр А3.

Реґулювання величини струму збудження ґенератора здійснюється за допомогою регулятора РЗГ, двигуна – за допомогою регулятора РЗД, які знаходяться на лицьовій панелі стенда (рис.3.2). Контроль величини струму збудження здійснюється амперметром А5.

Технічні дані електричних машин, що використані у стенді, наведено в таблиці 3.1.

 

 

Таблиця 3.1 – Технічні дані електричних машин

Поз-наче-ння	Тип	Р, Вт	U, В	I, А	n, об/хв	η,%	cos φ	з’єднання обмоток	rя, Ом	rзб, Ом
АД1, АД2	АОС	0,6	220/380	3,0/1,7			0,79	/Y	-	-
ДПС	П12	0,45		2,88			-	-	14,1
ГПТ	П12	0,45		2,88			-	-	15,8

 

Рисунок 3.1 – Функціональна схема лабораторного стенда

 

Рисунок 3.2 – Вигляд лабораторного стенда

 

 

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з лабораторним стендом. Вивчити призначення органів керування і роботу контрольно-вимірювальної апаратури.

2. Переконатися, що автоматичні вимикачі (АВ1…АВ4 ) вимкнені, універсальні перемикачі (УП1…УП4) знаходяться в нульовому положенні.

3. З'єднати обмотки двигуна – зіркою, або – трикутник за допомогою перемикача на передній панелі стенда..

4. Запустити АД1. Для цього:

- натиснути автоматичний вимикач АВ;

- натиснути пускач Л1 (кнопка „Пуск”);

- регулюючи за допомогою регулятора РЗГ струм в ОЗ генератора, зменшити струм збудження на стільки, щоб потужність АД1 складала приблизно .

5. Для вибраного ступеня завантаження АД1 зменшуючи напругу на статорній обмотці за допомогою трансформатора зняти показання А1, W1, V2, V1, A3 при напругах 220, 210, 200, 190 В (режим роботи на валу АД не змінюється М_с=const). Експериментальні дані занести до таблиці 3.2.

6. Використовуючи експериментальні дані для кожного випадку зміни напруги на статорі АД1, розрахувати величини S, Q, . Отримані дані заносять до таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Експериментальні та розрахункові дані

№ пор.	Експериментальні величини	Розрахункові дані
Uст (V2), В	Iст (А1), А	Р (W1), Вт	UГ-Д (V1), В	IГ-Д (А3), А	S, ВА	Q, вар	сosφ

 

7. Використовуючи експериментальні величини і розрахункові значення, побудувати графіки: , , , .

8. Проаналізувати отримані результати ефективності роботи АД (для даного ступеня завантаження) при різних значеннях напруги живлення.

Зміст звіту

8. Титульна сторінка.

9. Мета роботи, теоретичні відомості.

10. Функціональна схема лабораторної установки. Технічні параметри обладнання, яке використовується у стенді.

11. Таблиця експериментальних та розрахункових даних. Графіки залежностей: , , , .

12. Аналіз отриманих результатів. Висновки.

 

Контрольні питання

1. Як розподіляються втрати в АД?

2. За яких умов ККД двигуна максимальний?

3. Як визначається оптимальна напруга живлення, виходячи з критерію мінімуму втрат, при довільному завантаженні двигуна?

4. На який параметр АД можна впливати при його роботі з метою зміни співвідношення втрат?

5. Від чого залежать складові загальних втрат у АД?

 

Література: 1, 6, 7.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4