Мета роботи: дослідження режимів роботи електродвигуна вентиляторної установки і вибір його потужності.
1 ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Вентилятори, які використовують на промислових підприємствах, приводяться в рух, як правило, від найбільш простих і надійних в експлуатації трифазних асинхронних електродвигунів з короткозамкненим ротором і працюють в тривалому режимі з постійним навантаженням.
Для забезпечення однакової швидкості вала вентилятора і вала ротора привідного електродвигуна їх здійснють за допомогю муфти. Якщо ці швидкості повинні відрізнятися, вал електродвигуна і вал вертилятора зєднуються за допомогю механічної передачі.
Для експериментального визначення потужності електродвигуна, який буде забезпечувати нормальну роботу вентилятора, потужність його повинна бути достатньою для обертання вентилятора з номінальною швидкістю при відкритій заслонці повітреводу.
Змінюючи потужністьР1, яку споживає електродвигун з мережі, і вираховуючи втрати DР, що мають місце в самому електродвигуні, знаходимо потужністьР2на його валу
|
|
Р2 = Р1 - DР, кВт (5.1)
Вентиляторна установка працює у режимі постійного навантаженя, тому потужність привідного електродвигуна можна вважати рівноюР2. Оскільки в каталогах електричних машин не завжди є електродвигуни з потужністю, що отримана експерементально, то вибирається електродвигун найближчої більшої потужності.
Таким чином, потужність електродвигуна РД для приводу вентилятора повинна бути
РД ³ Р2. (5.2)
Вимірювання потужностіР1, яка споживається асинхронним електродвигуном, здійснюється за показами приладів. експериментальне визначення втрат DР є складною задачею, тому їх визначають розрахункови методом.
Як відомо, втрати в асинхронному електродвигуні розділяють на: механічні, магнітні, електричні і додаткові.
Механічні втрати - втрати на тертя валу в підшипниках, поверхні ротора повітряним проміжком, щіток контактні кільця, а також магнітні втрати на перемагнічування і вихрові струми в сталі статора. Їх часто об'єднують в втрати холостого ходу∆Р0, які визначаються
∆Р0 = Р10 + ∆Рм1, (5.3)
де∆Р10 – втрати потужністі, при неробочому ході;
∆Рм1 – втрат потужністі на нагрів обмоток статора при неробочому ході.
Електричні втрати, які мають місце в обмотках статора і ротора, характеризуються потужністю, що витрачається на нагрівання провідників, по яких протікає електричний струм.
При з’єднанні обмоток статора зіркою електричні втрати рівні
, (5.4)
деI1 – фазний струм в обмотках статора електродвигуна, А;
r1- активний опір одної фази обмотки статора, Ом.
|
|
У випадку з’єднаня обмоток статора трикутником, формула (5.4) має вигляд:
, (5.5)
оскільки при даному типі з’єднання струм, що протікає по даній обмотці статора, буде в рази менший за струм в проводах лінії, що підходять до електродвигуна.
Величина активного опору r1 обмотки статора визначається із співвідношення:
, (5.6)
деКГ - коефіцієнт, який враховує явище поверхневого ефекту і приймається рівним 1,05 – 1,15 для обмоток статора, виконаних відносно тонким приводом;
r10 - омічний опір однієї фази статора, який визначається методом амперметра і вольтметра.
Електричні втрати в обмотках ротора з фазни ротором, які з’єднані зіркою, визначаються
, (5.7)
деI2– фазний струм в обмотці ротора, А;
r2 - активний опір одної фази обмотки ротора, який прирівнюється омічному опору r20 внаслідок малої частоти струмів в роторі, Ом.
Вимірювання величин r10 і r20 бажано проводити для нагрітого стану машини, що встановився.
Електричні втрати в роторі з короткозамкненою обмоткою наближено визначаються співвідношенням
, (5.8)
де S - ковзання.
Додаткові втрати Рдод приймаються 0.5% від номінальної потужності електродвигуна, тобто
∆Рдод = 0,005 Рном, (5.9)
деРном – потужність, яка вказується в паспорті двигуна.
Таким чином, сумарні втрати в асинхронному електродвигуні
DР = DР0 + DРм1 + Рм2 + DРдод, (5.10)
або, враховуючи попередні співвідношення
(5.11)
Підставивши (5.11) у (5.1) отримуємо потужність на валу електродвигуна:
(5.12)
Величина ковзання визначається із співвідношення
, (5.13)
де w1 = 60 f / p – синхронна швидкість, (p– кількість пар полюсів; f – частота мережі живлення 50 Гц).
w2- швидкість ротора, виміряна тахометром.
Після визначення потужності Р2, знаходиться коефіцієнт завантаження b1 електродвигуна
(5.14)
де РНОМ – номінальна потужність встановленого електро-двигуна.
Якщо величина коефіцієнта завантаження b1 виявиться до 45%, то встановлений електродвигун, що працює з незмінними значеннями коефіцієнта потужності (сos j) і ККД (h) (рис.5.1) потрібно замінити на електродвигун меншої потужності.
При b1>70% електродвигун потрібно залишити. Якщо ж коефіцієнт завантаження b 1 буде в межах 45%<b1<70%, то питання доцільності заміни його може бути вирішене тільки шляхом розрахунку, причому перевага віддається тому електродвигуну, при якому втрати активної потужності в системі менше.
Рисунок 5.1 – Робочі характеристики асинхронного двигуна
В окремому випадку, заміна електродвигуна іншим меншої потужності завжди себе оправдовує, якщо має місце зменшення активної потужності в самому електродвигуні, тобто коли
(5.15)
де Р2 – потужність на валу електродвигуна привода вентиля-тора;
h1, h2 – значення ККД, встановленого і вибраного електро-двигунів при відповідних коефіцієнтах завантаження, що знаходяться за формулою (5.14).
Числові значення ККД (h1 і h2) знаходяться за кривими h1 = f(b1), h2 = f(b2), котрі будуються за даними каталогів електричних машин.
Якщо величина DРД < 0, то для кінцевого вирішення питання про заміну електродвигуна необхідно знайти загальні втрати активної потужності в системі за формулою:
DРС = DР д + Ке (Q1 – Q2)(5.16)
Якщо величина DРС > 0, то заміна електродвигуна на меншу потужность доцільна, і при DРС< 0 – заміна електродвигуна недоцільна.
Величини Q1 іQ2 – це реактивні потужності відповідно встановленого і вибраного електродвигунів при коефіцієнтах навантаження b1і b2, а коефіцієнтКе є економічним еквівалентом реактивної потужності, котрий при коефіцієнті потужності електроприймача cos j = 0,75 ¸ 0,90 приймається відповідно Ке = 0,08 ¸ 0,06.
Числові значення Q1іQ2 знаходяться із співідношення
, (5.17)
|
|
де Q Хі – реактивна потужність, яка використовується електро-двигуном при неробочому ході;
tqjномі – знаходиться за номінальним коефіцієнтом потужності електродвигуна;
ті – коефіцієнт, який залежить від cos j номі(рис.5.2).
Рисунок 5.2 – Залежність коефіцієнта т від номінального коефіцієнта потужності cos jном асинхронного електродвигуна
З достатньою для практики точністю Q і можна визначити за формулою
, (5.18)
де nі = f (bi) і знаходиться за графіком (рис.5.3).
Реактивна потужність Q Хі, яка використовується електродвигуном в режимі холостого ходу, знаходиться із співвідношення
(5.19)
де Рномі і hномі - відповідно номінальні значення потужності і ККД встановленого і вибраного електродвигунів.
Рисунок 5.3 – Залежність коефіцієнта n від коефіцієнта завантаження асинхронного електродвигуна
2 ПРОГРАМА РОБОТИ
2.1 Ознайомитися з режимом роботи електродвигуна привода вентилятора.
2.2 Визначити потужність на валу електродвигуна методом розділення втрат.
2.3 Знайти потужність електродвигуна для приводу вентилятора.
2.4 Вибрати за каталогом електродвигун для приводу вентилятора і визначити доцільність заміни ним встановленого електродвигуна.
3 ОПИС СХЕМИ УСТАНОВКИ
Установка, для дослідження привода вентилятора і експериментального визначення потужності його двигуна (рис.5.4) складається з трифазного асинхронного електродвигуна з короткозамкненим ротором М1, який приводить в рух відцентровий вентилятор. На одному валу з двигуном М1 знаходиться тахогенератор М2 з тахометром Рω для вимірювання швидкості.
Увімкнення схеми здійснюється з допомогою автоматичного вимикачів QF1 і QF2.
Для вимірювання лінійної напруги U, струму в фазах І, а також споживаної потужності Р1 в колі статора передбачений вимірювальний комплект К505.
Триполюсний перемикач SA дозволяє підводити до обмоток статора трифазний струм або приєднати їх до постійного струму, де методом амперметра і вольтметра визначається омічний опір обмотки.
Струм регулюється резистором RR1 і контролюється амперметром РА0. напруга вимірюється вольтметром PV0.
|
|
Рисунок 5.4 – Принципова схема дослідження електроприводу вентиляторної установки
4 ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
4.1 Ознайомитись з приладами, апаратами, венти-лятором і іншим обладнанням експериментальної установки і записати їх технічні характеристики.
4.2 Зібрати схему установки (рис.5.4) для експери-ментального дослідження потужності, споживаної приводом вентилятора, і закрити заслонку системи вентиляції.
4.3 Перевірити схему керівником роботи.
4.4 Увімкнутии автоматичний вимикач QF1.
4.5 Перевести перемикач SA в положеня для живлення обмоток статора С1, С2, С3 від мережі змінного струму.
Впевнившись, що вентилятор обертається в правильному напрямку при закритій засувці виміряти U, І, Р і w в режимі неробочого ходу. Відкрити заслонку, дати установці попрацювати певний час для встановлення сталого режиму, після чого записати покази приладів, що знаходяться в колі статора. Виміряти з допомогою тахометра швидкість обертання валу вентилятора.
П р и м і т к а: Якщо напрям обертання при пуску виявився протилежним потрібному, то необхідно вимкнути установку і змінити послідовності живлення фаз статора, для чого треба пересунути місцями два проводи (дві фази), які підходять до обмоток статора, і знов увімкнути установку.
4.6 Змінюючи навантаження вентилятора з допомогою засувки, виміряти струм, потужність, напругу і частоту обертання. Результати досліджень занести в таблицю 5.1
Таблиця 5.1 – Результати досліджень
№ дос. | Напруга | Струм | Підведена потужність | Швидкість обертання вентилятора | Примітка |
U, B | I, A | P, кВт | w, об/хв | ||
Наванта-ження | |||||
Неробо-чий хід |
4.7 Вимкнути автомат QF1 і після зупинки електро-двигуна, увімкнути автомат QF2. Триполюсний перемикач SA встановити в положення 2 для подачі постійної напруги обмотки на статора електродвигуна в дві фази (С1, С2). Визначити покази приладів при різних положеннях повзунка регулювального реостату RR1. Результати досліджень занести в таблицю 5.2.
Таблиця 5.2 – Результати вимірювання омічного опору
№ досліду | Напруга, U0, B | Струм, І0, А | Результати розрахунків r10 |
4.8 На основі результатів досліджень (таблиці 5.1 і 5.2) провести розрахунки і занести результати в таблицю 5.3.
4.9 Підрахувати величину омічного опору обмотки статора. При розрахунку використовувати співвідношення для з’єднання обмотки статора зіркою:
; (5.20)
для з’єднання трикутником:
. (5.21)
4.10 Вибрати за каталогом електродвигун, необхідний для приводу вентилятора, зиписати його технічні дані, а також дати рекомендації, підкріплені розрахунками, про заміну або подальшу експлуатацію встановленого електродвигуна.
Таблиця 5.3 – Дані досліджень і результати розрахунків
№ досліду | Результати розрахунків | ||||||||
w1 | S | 1-S | ΔPМ1 | ΔPМ2 | ΔР0 | ΔРД | DР | Р2 | |
об/хв | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | Вт | |||
5 ЗМІСТ ЗВІТУ
У звіті необхідно подати
5.1 Схему установки та її короткий опис.
5.2 Таблиці з даними дослідів та розрахунків.
5.3 Розрахувати потужність електродвигуна та вибрати його по каталогу.
5.4 Висновки по роботі установки.
6 КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
6.1 Які існують методи визначення потужності на валу електродвигуна?
6.2 Які втрати мають місце в асинхронному електро-двигуні, від чого вони залежать і як визначаються?
6.3 Яке має значення правильний вибір потужності електродвигуна?
6.4 Що є основним для вибору потужності, роду струму, величини напруги, швидкості руху і конструктивного виконання приводного електродвигуна?
6.5 В яких випадках доцільно заміняти недостатньо завантажені асинхронні електродвигуни на меншу потужності, і коли така заміна не дає помітного результату?
6.6 Який показник визначає доцільність заміни незавантажених електродвигунів на меншу потужності і як він визначається?