Электрические потери в статоре трехфазных асинхронных двигателей серии АИР (стр. 1 )

ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН. УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2017. № 4 (56)

Электротехника

УДК 62–83(075.8)

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В СТАТОРЕ ТРЕХФАЗНЫХ
АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИИ АИР

,

Самарский государственный технический университет

Россия, 443100, 44

Рассматривается задача определения активного сопротивления статора асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором по каталожным данным с целью последующего расчета других параметров схемы замещения и построения их механических характеристик. В схеме замещения асинхронного электродвигателя содержится шесть неизвестных параметров-сопротивлений, известны только номинальные и каталожные данные двигателя, поэтому определение одного параметра с достаточной точностью является важным первоначальным этапом определения других параметров. Каталожные данные, как правило, в различных источниках задаются с округлением и низкой точностью. Расчет параметров схем замещения двигателей малой мощности до пяти киловатт не вызывает затруднений, однако для двигателей большой мощности погрешности каталожных данных оказывают существенное влияние на точность расчетов. В работе производится анализ каталожных данных известных источников: коэффициента мощности, коэффициента полезного действия, скольжения, коэффициента отношения максимального момента к номинальному, а также вычисление их средних значений, аппроксимация и определение их взаимного соответствия. В результате получены аналитические выражения определения электрических потерь в статоре и активного сопротивления схем замещения асинхронных электродвигателей.

Ключевые слова: электродвигатель, асинхронный, статор, скольжение, коэффициент мощности, коэффициент полезного действия, коэффициент отношения максимального момента к номинальному, электрические потери в статоре, ток статора.

Расчет параметров схемы замещения асинхронных электродвигателей является актуальной проблемой, так как существующие методики не дают однозначного решения. В расчете [1, 2] предполагается, что активное сопротивление статора R1 двигателя известно, в действительности оно не задается в каталожных данных. В [3] требуются дополнительные данные кроме каталожных для определения тока цепи намагничивания, а также не определяется величина коэффициента С1 – отношения номинального напряжения U1H к ЭДС цепи намагничивания Em0 в режиме идеального холостого хода [4].

По методике статьи [5] расчет параметров схем замещения двигателей малой мощности до пяти киловатт не вызывает затруднений, однако для двигателей большой мощности погрешности каталожных данных оказывают существенное влияние на точность расчетов.

На рис. 1 приведены результаты расчета [5] электрических потерь в статоре ∆PEL1 по каталожным данным в зависимости от номинальной мощности PH двигателя со скоростью вращения 157,5 рад/с, где точками обозначены полученные величины и по ним проведена некоторая аппроксимирующая кривая. Из графика видно, что потери мощности у двигателя мощностью 37,0 кВт меньше, чем у двигателя мощностью 22,0 кВт, а у 18,5 кВт меньше, чем у 11,0 кВт. В действительности такое невозможно, поскольку чем больше мощность двигателя, тем должны быть больше электрические потери. Для двигателей с другими скоростями вращения результаты еще хуже. Например, для двигателя 37,0 кВт cо скоростью 78,75 рад/с приводятся каталожные значения КПД, в разных источниках равные 0,925 и 0,905, при этом получим потери на одну фазу 1000 и 1295 Вт, разность 295 Вт соизмерима с потерями, показанными на рис. 1.

Очевидно, что каталожные данные двигателей неточны и требуют корректировки.

Данная работа является продолжением методики в [5] и уточнением результатов для двигателей большой мощности.

Рис. 1. Электрические потери в статоре, раcсчитанные по каталожным данным [2]

Одним из способов поиска удовлетворительных значений каталожных данных является вычисление средних значений коэффициента мощности cosц, коэффициента полезного действия з, скольжения s и отношения максимального момента к номинальному kmax. Для этого использовались следующие источники: справочник [6], интернет-ресурсы: Открытое акционерное общество «Могилевский завод «Электродвигатель»; Владимирский электромоторный завод; Компания «Энерго-Индустрия» – продукция торговой марки VEMPER; г. Новосибирск, ул. Толмачёвская, д. 25; -БАНК» – г. Новосибирск; . Проектирование и исследование асинхронных двигателей малой

мощности: учеб. пособие. – Ульяновск; и др.

После вычисления средних значений параметров производилось построение графиков их зависимости от мощности двигателей, затем графики корректировались в пределах варьирования их значений в различных источниках, как показано стрелками на рис. 2, например для скольжения, и принималось окончательное значение.

Рис. 2. Средние значения скольжения

Рис. 3. Средние значения отношения максимального момента к номинальному

На рис. 3 приведены средние значения kmax для двигателей, например со скоростью 315,0 рад/с, соединенные кривой линией, и показаны наибольшие и наименьшие значения из различных источников. В некоторых источниках для определенной синхронной скорости вращения двигателей величина kmax принимается неизменной, поэтому произведено вычисление среднего значения из средних значений и принято: kmax = 2,6 для двигателей с синхронной скоростью 315,0 рад/с, kmax = 2,55 для 157,5 рад/с, kmax = 2,4 для 105,0 рад/с, kmax = 2,25 для 78,75 рад/с.

Результаты вычислений средних значений параметров с учетом их коррекции приведены в таблице.

Средние значения каталожных данных и вычисленные параметры
двигателей серии АИР

ɷ, рад/с	PH, кВт	зCP	cosцСР	sСР	∆PMG, Вт	∆PMD, Вт	PEM, Вт	∆PEL1, Вт	з	I1Н, А	R1, Ом
315,0	1,5	0,801	0,85	0,058	11,14	6,02	537,2	74,0	0,8048	3,326	6,691
2,2	0,817	0,865	0,053	15,18	11,03	786,0	96,2	0,8221	4,688	4,132
4,0	0,842	0,877	0,046	27,41	23,1	1422	120,4	0,8494	8,14	1,817
7,5	0,868	0,886	0,0334	52,14	43,7	2637	165,0	0,8759	14,641	0,77
11,0	0,882	0,889	0,03	76,85	64,1	3846	200,4	0,8892	21,088	0,451
18,5	0,902	0,895	0,0235	130,5	107,3	6425	260,0	0,9048	34,606	0,217
22,0	0,905	0,898	0,0225	155,9	127,9	7434	283,0	0,9084	39,871	0,178
37,0	0,916	0,9	0,0192	266,5	214,9	12793	367,0	0,919	67,78	0,08
157,5	1,5	0,778	0,784	0,0625	11,0	8,7	543	86,0	0,7812	3,712	6,242
2,2	0,802	0,814	0,06	16,1	12,8	794	104,6	0,8017	5,112	4,002
4,0	0,837	0,828	0,0523	29,3	23,2	1431	140,0	0,8332	8,787	1,813
7,5	0,873	0,84	0,04	55,0	43,5	2649	192,0	0,8633	15,676	0,781
11,0	0,887	0,847	0,0335	80,7	63,8	3860	233,0	0,8785	22,386	0,465
18,5	0,902	0,861	0,0295	135,7	107,3	6465	302,0	0,8934	36,456	0,227
22,0	0,908	0,868	0,0254	161,3	127,6	7655	329,0	0,9003	42,669	0,181
37,0	0,918	0,884	0,022	271,3	214,6	12830	427,0	0,9117	69,612	0,088
105,0	1,5	0,752	0,725	0,068	11,9	8,91	546	92,0	0,7693	4,076	5,536
2,2	0,785	0,744	0,061	17,6	13,0	793	112,0	0,7931	5,65	3,509
4,0	0,82	0,77	0,0505	31,5	23,6	1429	150.0	0,8279	9,494	1,664
7,5	0,854	0,795	0,039	58,1	44,2	2647	205,0	0,8591	16,64	0,74
11,0	0,874	0,86	0,0312	79,4	64,5	3851	249,0	0,8773	22,098	0,51
18,5	0,891	0,824	0,0237	141,8	108,2	6427	323,0	0,8947	38,008	0,224
22,0	0,899	0,829	0,0222	168,9	128,5	7631	352,0	0,8996	44,702	0,176
37,0	0,909	0,898	0,0187	267,1	216,1	12788	457,0	0,9128	68,452	0,098
78,75	1,5	0,751	0,698	0,0673	12,3	8,9	546	94,0	0,7665	4,245	5,216
2,2	0,78	0,711	0,0602	18,5	13,0	794	114,0	0,7915	5,919	3,253
4,0	0,815	0,736	0,051	33,0	23,6	1430	154,0	0,8246	9,993	1,542
7,5	0,856	0,77	0,0392	60,0	44,1	2648	210.0	0,8568	17,241	0,707
11,0	0,88	0,785	0,0322	87,1	64,2	3855	255,0	0,8736	24,32	0,431
18,5	0,895	0,797	0,0255	146,6	107,9	6439	330.0	0,8917	39,384	0,213
22,0	0,9	0,799	0,0236	175,3	128,4	7642	360.0	0,8968	46,509	0,166
37,0	0,914	0,801	0,0198	299,4	215,3	12802	467,0	0,909	76,657	0,069

Для расчета параметров в таблице использованы формулы [5].