Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Кафедра электрооборудования и автоматики судов.

Кафедра электрооборудования и автоматики судов.

 

 

Теория электропривода.

 

Методические указания к расчетно-графической работе

И практическим занятиям.

 

Астрахань 2000


Автор: Турпищев Ш.А., к.т.н. доцент кафедры «Электрооборудование и автоматика судов»

Соавтор: Ключарев А.Ю., ст. преподаватель кафедры «Электрооборудование и автоматика судов»

Рецензент:

 

 

Методические указания рассмотрены и одобрены на заседании кафедры, протокол №____ от _________2000г.

 

 


Содержание.

 

Введение.................................................................................................... 4

1. Анализ и расчет систем электропривода постоянного тока........................................................................................................................... 5

1.1. Построение разверток цепей главного тока..................................... 5

1.2 Расчет механических характеристик ДПТ

смешанного возбуждения при питании от сети................................... 10

1.3 Примеры расчета механических характеристик ДПТ в относительных единицах...................................................................................................................... 16

2. Расчет систем электропривода

переменного тока............................................................................ 23

2.1. Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя по каталожным данным....................................................................................................... 23

2.2 Расчет механических характеристик асинхронного двигателя в режиме динамического торможения.................................................................... 26

3.2. Примеры расчета схемы замещения и характеристик динамического торможения................................................................................................ 30

3. Приложение....................................................................................... 38

3.1. Задания к расчетно-графической работе........................................ 38

3.2. Задания к практическим занятиям.................................................. 43

 


 

Введение

Методические указания предназначены для использования студентами для выполнения расчетно-графической работы по курсу «Теория электропривода», а также при подготовке к практическим и семинарским занятиям.

В данном методическом пособии содержатся теоретические и справочные данные необходимые для выполнения предусмотренного программой курса объема работ.

 

 


Анализ и расчет систем электропривода постоянного тока.

Расчет механических характеристик ДПТ смешанного возбуждения при питании от сети.

После анализа принципиальной схемы электропривода и построения разверток цепей главного тока приступают к расчету механических характеристик. Расчет можно производить как в абсолютных, так и в относительных единицах. Для двигателей постоянного тока наибольшее распространение получил расчет характеристик в относительных единицах.

При расчетах в относительных единицах принимают, что номинальные каталожные данные двигателя равны 1. В дальнейшем, величины, выраженные в относительных единицах, обозначаются штрихом.

Сопротивления главной (якорной) цепи в относительных единицах определяются в долях от номинального сопротивления. Под номинальным сопротивлением понимают такое сопротивление главной цепи, которое при неподвижном якоре и номинальном расчетном напряжении обусловит номинальный ток в якоре: RH=UH/IH.

Сопротивление главной цепи складывается из внутреннего и внешнего сопротивлений. Внутреннее сопротивление двигателя серий ДПМ и П в долях от номинального приведено в табл.1.

ВНУТРЕННИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ СЕРИЙ ДПМ и П.

Табл.1

Исполнение Тип двигателя Rа rПС
Тихоходное ДПМ11, ДПМ12, ДПМ21 ДПМ22, ДПМ31, ДПМ32 ДПМ41, ДПМ42 ДПМ52 0.11 0.08 0.06 0.04 0.01 0.006 0.03 0.005
Быстроходное ДПМ11, ДПМ12 ДПМ21, ДПМ22 ДПМ31, ДПМ32 ДПМ41, ДПМ42 ДПМ52 ДПМ62 0.09 0.07 0.05 0.04 0.03 0.025 0.01 0.01 0.007 0.007 0.007 0.006
Быстроходное П11. П12 П21, П22 П31. П32, П41, П42, П51 П52, П61, П62, П71, П72, П81 П91, П92, П101 П102, П111, П112 0.16 0.12 0.07 0.05 0.03 0.02 0.004 0.006 0.005 0.005 0.003 0.002

 

Расчет механических характеристик двигателей с любой системой возбуждения и любым способом включения обмоток, выполняемый в относительных единицах, представлен в виде универсального метода.

Рис. 5. Типовая схема включения двигателя постоянного тока.

В общем случае схема включения двигателя изображена на рис.5, на котором показаны три возможных варианта (1, 2, 3) включения последовательной обмотки возбуждения: (IПС1, IПС2, IПС3).

После построения разверток главных цепей становятся известными: схема включения последовательной обмотки, сопротивления RП и RШ, намагничивающая сила (н.с.) параллельной обмотки возбуждения.

Намагничивающая сила главных полюсов двигателя определяется суммарным действием обмоток возбуждения, расположенных на этих полюсах. Поскольку номинальная н.с., принятая за единицу, складывается из н.с. обмотки параллельного возбуждения и н.с. последовательной обмотки или стабилизирующей обмотки, можно считать, что при принятых соотношениях между этими н.с. в номинальном режиме н.с. обмотки параллельного возбуждения FПР в относительных единицах будет составлять:

Для двигателей серии ДПМ смешанного возбуждения:

Тихоходных 0.7

Быстроходных 0.65

Для двигателей серии ДПМ и П параллельного возбуждения 0.9.

Соответственно на долю обмотки последовательного возбуждения или стабилизирующей будет приходится остальная часть н.с. Учитывая, что, эта часть соответствует значению н.с. при протекании номинального тока, для любых значений тока н.с. последовательной обмотки можно выразить в виде следующих формул:

для двигателей серии ДПМ смешанного возбуждения тихоходного исполнения:

; (1)

для тех же двигателей быстроходного исполнения:

; (2)

где: - ток, протекающий по последовательной обмотке, в относительных единицах;

для двигателей параллельного возбуждения со стабилизирующей обмоткой серий ДПМ и П:

. (3)

Полная н.с. главных полюсов выражается в виде алгебраической суммы н.с. последовательной и параллельной обмоток:

(4)

В случае когда для реализации повышенных скоростей н.с. параллельной обмотки берется меньше номинальной, н.с. последовательной обмотки и суммарная н.с. подсчитывается по тем же формулам.

Общий метод нахождения механической характеристики двигателей постоянного тока в рассматриваемой схеме включения заключается в нахождении зависимостей и и последующем переходе к зависимости .

Зависимость тока в последовательной обмотке от тока якоря двигателя в общем случае включения по схеме, приведенной на рис.5 рассчитываются по одному из следующих уравнений:

; (5)

; (6)

. (7)

Соответственно зависимость э.д.с. от тока якоря определяется по одному из уравнений:

; (8)

; (9)

. (10)

Частоту вращения при заданном токе якоря вычисляют по формуле

,

где Ф - магнитный поток двигателя; - коэффициент пропорциональности. Коэффициент определяют при номинальном напряжении, номинальном токе якоря, номинальном потоке и номинальной частоте вращения, принятых за единицу:

. (11)

 

 

Рис.6. Нагрузочные характеристики двигателей ДПМ и П.

 

Окончательно формула для определения частоты вращения в относительных единицах запишется в виде:

.

Или, поскольку в относительных единицах , то

. (12)

Магнитный поток Ф для соответствующего якоря при известной н.с. главных полюсов определяют по универсальным нагрузочным характеристикам. Нагрузочной характеристикой называется зависимость при постоянном токе якоря, поскольку форма нагрузочных характеристик зависит от тока якоря, они изображаются в виде семейства кривых, построенных при различных значениях Iа. Характеристика при Iа=0 является кривой намагничивания двигателя.

На рис.6 изображены универсальные характеристики двигателей серий ДПМ и П мощностью от 2 до 60 кВт.

Характеристики изображены в относительных единицах. По оси абсцисс за единицу принята номинальная н.с. главных полюсов двигателя при ПВ=25% в направлении, соответствующем двигательному режиму.

Электромагнитный момент на валу двигателя определяется по выражению

,

где СМ - коэффициент пропорциональности.

Вращающий момент на валу двигателя отличается от электромагнитного на величину, определяемую механическими потерями и потерями в железе якоря. Таким образом, момент на валу двигателя может быть представлен в следующем виде:

. (13)

где -потери на трение; - потери в железе; - коэффициент пропорциональности.

Величина определяется по номограмме, выражающей зависимость при различных постоянных значениях частоты вращения . Такая номограмма приведена на рис.7 по оси ординат отложены моменты потерь в долях от номинального, а по оси абсцисс – поток главных полюсов в долях от номинального. По этой номограмме устанавливается момент потерь двигателя при любом потоке главных полюсов и любой частоте вращения.

Коэффициент пропорциональности .

Окончательно формула для определения момента на валу имеет вид:

. (14)

 

 

Примеры расчета механических характеристик ДПТ в относительных единицах.

Пример 1. Рассчитать механические характеристики электродвигателя ДПМ-52 смешанного возбуждения быстроходного исполнения для трех вариантов включения последовательной обмотки (см. рис.5).

Заданные параметры =0.4 Ом, =0.8Ом.

Номинальные данные двигателя ДПМ-52:

=42 Вт, UН=220 В, IН=214 А, nН=970 об/мин, н.с. параллельной обмотки — номинальная.

Характеристики должны быть рассчитаны как в двигательном так и в генераторном режимах в диапазоне изменения нагрузки от +1.5IН до –1,0IН.

Рис. 7. Номограмма зависимости .

 

Для расчета механических характеристик в относительных единицах номинальные параметры двигателя принимают равными единице. Номинальное значение сопротивления, принимаемое за единицу равно:

Ом.

Отсюда сопротивление в относительных единицах будут равны:

,

.

Сопротивления определяются из табл.1.

Намагничивающая сила обмоток возбуждения в относительных единицах для двигателя смешанного возбуждения быстроходного исполнения будет составлять .

Для расчета механических характеристик в заданных пределах изменения нагрузки задаемся следующими значениями тока якоря в относительных единицах: -1.0; -0.5; 0; 0.1; 0.2; 0.5; 1.0; 1.5. поскольку порядок расчета характеристики при различных значениях тока якоря не меняется, для примера показан расчет при токе .

 

Вариант 1 включения последовательной обмотки.

1) .

2)

3) .

4) по кривой намагничивания при (см. рис.6) находим, что соответствует поток .

5) .

6) .

Величина определена по номограмме, приведенной на рис.7.

 

 

Вариант 2 включения последовательной обмотки.

1) .

2) 3) .

4) по кривой намагничивания при (см. рис.6) находим, что соответствует поток .

5) .

6) .

 

Вариант 3 включения последовательной обмотки.

1) .

2)

3) .

4) по кривой намагничивания при (см. рис.6) находим, что соответствует поток .

5) .

6) .

 

Результаты расчета при всех значениях тока якоря для трех вариантов включения последовательной обмотки сведены в табл.2. Механические характеристики приведены на рис.8. кривые 1, 2. 3 соответствуют включению обмотки по вариантам 1, 2, 3, показанным на рис.5.

 

Табл.2

№ вар.
      0.5 1.0 1.5 -0.5 -1.0 0.5 1.0 1.5 -0.5 -1.0 0.665 0.518 0.37 0.22 0.816 0.96 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.175 0.35 0.525 -0.175 -0.35 0.65 0.825 1.0 1.175 0.475 0.3 0.85 0.93 1.0 1.03 0.67 0.4 0.814 0.577 0.384 0.222 1.27 2.5 0.024 0.024 0.02 0.02 -0.022 -0.02 0.024 0.455 1.01 1.57 -0.37 -0.432
    0.5 1.0 1.5 -0.5 -1.0 0.85 1.18 1.51 1.85 0.52 0.187 0.661 0.526 0.4 0.268 0.8 0.93 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.3 0.413 0.53 0.65 0.183 0.065 0.95 1.063 1.18 1.37 0.833 0.715 1.02 1.04 1.06 1.07 0.94 0.83 0.673 0.523 0.392 0.26 0.885 1.17 0.027 0.026 0.02 0.02 -0.026 -0.025 0.027 0.51 1.07 1.63 -0.51 -0.88
        0.5 1.0 1.5 -0.5 -1.0 0.85 0.684 0.519 0.352 1.015 1.18 0.67 0.524 0.38 0.233 0.815 0.96 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.65 0.3 0.24 0.182 0.123 0.355 0.414 0.95 0.89 0.83 0.773 1.0 1.06 1.02 0.98 0.9 0.82 1.02 1.01 0.68 0.554 0.438 0.295 0.83 0.985 0.027 0.025 0.02 0.02 -0.029 -0.03 0.027 0.48 0.906 1.25 -0.554 -1.07

 
 

 

Пример 2. Рассчитать механическую характеристику двигателя ДПМ-21 смешанного возбуждения быстроходного исполнения со схемой включения последовательной обмотки по варианту 2 (см. рис.5). Характеристика должна проходить через точку (режим идеального холостого хода) и точку, соответствующую режиму стоянки (n=0) в двигательном режиме при моменте (0.9…1.1)МН.

Исходные данные UН=220 В.

Номинальные данные двигателя ДПМ21 в режиме ПВ=25%;

P=5.5 кВт, IН=31,5 А; н.с. параллельной обмотки – номинальная.

Для расчета механических характеристик в относительных единицах номинальные параметры двигателя принимают равными единице. Номинальное значение сопротивления также принимаемое за единицу, равно

Ом.

Сопротивления в относительных единицах определяют из табл.1.

Намагничивающие силы обмоток возбуждения двигателя смешанного возбуждения будут составлять: .

Для расчета требуемой механической характеристики производится определение сопротивлений RШ и RП для двух заданных режимов: холостого хода (I=0) и стоянки (n=0).

Порядок расчета:

1. Из выражения (12) для заданной частоты вращения идеального холостого хода определяем э.д.с. двигателя :

.

Поскольку ток в цепи последовательной обмотки неизвестен, принимаем , так как согласно нагрузочным характеристикам даже при действии только н.с. параллельной обмотки .

После постановки всех величин получаем

.

здесь .

2. По кривой намагничивания (см. рис.6) при находим, что значению соответствует .

3. Из выражения находим ток в цепи RШ : .

4. Из выражения определяем сопротивление : .

5. Сопротивление находим из выражения справедливого при токе : .

6. Момент стоянки двигателя определяем по формуле

.

Здесь .

Величину находим по кривой намагничивания (см. рис.6) при для значения . Принимаем в режиме стоянки . Тогда

.

Таким образом, при механическая характеристика двигателя проходит практически через заданные точки. В том случае, когда характеристика не проходит через исходные точки, следует задаться другими значениями и повторить расчеты до получения требуемых результатов.

По приведенным в примере 2 значениям рассчитана и построена механическая характеристика (см. рис.8 кривая 4).

 

Порядок расчета.

Расчет оформляется в виде таблицы.

Общие данные
Кривая намагничивания Вспомогательные расчеты Искомые характеристики
М

 

Столбцы 1 и 2 заполняются по кривой намагничивания:

 

Кривая намагничивания
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
0,26 0,52 0,736 0,895 1,0 1,07 1,122 1,163 1,193 1,223

 

Реактивное сопротивление цепи намагничивания определяется как , но поскольку в столбцах 1,2 даны относительные значения, то найдется из выражения: ,

где - эквивалентный ток статора холостого хода (номинальный ток намагничивания) принимается равным реактивной составляющей тока холостого хода); - номинальная ЭДС фазы статора.

Столбец 5. Эквивалентный по МДС трехфазный ток определяется по принятому постоянному току возбуждения, который по условию примера принят 3-кратным току холостого хода т.е. . Для рассматриваемой схемы включения статорной обмотки согласно рис.1 . Значения берутся из столбца 3.

Столбец 6. Поскольку ток намагничивания в столбце 1 дан в относительных единицах, то и ток статора нужно выразить в относительных значениях к току холостого хода: , поэтому , где значения берутся из столбца 1.

Столбцы 7, 9-11 рассчитываются по выражениям (6)-(9), соответственно.

 

 

Примеры расчета схемы замещения и характеристик динамического торможения.

Рассчитаем параметры схем замещения трехскоростного асинхронного двигателя для каждой скорости.

4А В2 81614 ОМ2 – предназначен для работы в продолжительном режиме. Регулирование частоты вращения осуществляется переключением числа полюсов. Имеется две независимые обмотки.

1000об/мин – Y; 750/1500 об/мин Δ/ YY

Технические данные:

2p P,кВт n,об/мин I, А ή cosφ kI kп kM
2,8 7,6 0,75 0,78 7,5 1,2 1,8
2,6 7,3 0,72 0,72 7,5 1,2 1,8
4,5 9,8 0,9 0,9 7,5 1,0 1,8

 

Схемы подключения обмоток.

I скорость 2р=8 II скорость 2р=6 Y III скорость 2р=4 YY

 


III скорость.

Данные к расчету:

nH=1450 об/мин, I1=9,8 A, cosφ=0,9, ή=0,775, kI=7,5, kM=1,8, kn=1,0.

1.Номинальный момент:

Н*м.

2. Номинальное скольжение:

.

3. Критическое скольжение:

,

полагая .

4. Намагничивающий ток:

А.

5. Приведенное значение роторного тока:

А.

6. Сопротивление короткого замыкания АД:

А.

7. Приведенное активное сорпотивление ротора

Ом.

8. Коэффициент мощности при пуске:

.

 

9. Активное сопротивление фазы статора:

Ом.

10. Индуктивное сопротивление К.З. АД:

Ом.

Принимаем Ом.

II скорость.

 

Данные к расчету:

PH=2,6kBт, nH=980 c-1, IH=7,3A, cosφ=0,72, ή=0,725, kI=7,5, kM=1,8, kn=1,2.

1.Номинальный момент:

Н*м.

2. Номинальное скольжение:

.

3. Критическое скольжение:

,

полагаем .

4. Намагничивающий ток:

А.

5. Приведенное значение роторного тока:

А.

6. Сопротивление короткого замыкания АД:

Ом.

7. Приведенное активное сопротивление ротора

Ом.

8. Коэффициент мощности при пуске:

9. Активное сопротивление фазы статора:

Ом.

10. Индуктивное сопротивление К.З. АД:

Ом.

Принимаем Ом.

 

I скорость.

Данные к расчету:

PH=2,8kBт, nH=720c, IH=7,6 A, cosφ=0,78, ή=0,75, kI=7,5, kM=1,8, kn=1,2.

1.Номинальный момент:

Н*м.

2. Номинальное скольжение:

.

3. Критическое скольжение:

полагаяем .

 

 

4. Намагничивающий ток:

А.

 

5. Приведенное значение роторного тока:

А .

6. Сопротивление короткого замыкания АД:

А.

7. Приведенное активное сопротивление ротора:

Ом.

8. Коэффициент мощности при пуске:

.

9. Активное сопротивление фазы статора:

Ом.

10. Индуктивное сопротивление К.З. АД:

Ом.

Принимаем Ом.

 

Результаты расчетов сведем в таблицу.

2p MH, H*м SH I0, A R1, Oм R2, Oм X2, Oм Skp
29,6 0,033 1,85 1,22 0.62 1.24 0.12
0,02 3,3 1,9 0.58 1.75 0.07
0,04 3,1 1,3 1.04 1.67 0.14

 

 

Расчет характеристик динамического торможения:

 

В ходе изложения опускаем расчетные формулы т.к. используем вышеизложенную методику.

 

III скорость.

Данные к расчету:

n1=1450, UH=380B, IH=9.8A,I0=1.85 A, R1=1.22 Oм, R2 = 0.62 Oм, X1 = X2 =1.24 Oм.

Ток возбуждения: IB=3* I0=5.55 A.Экв. ток: I1=0.816*IB=4.53 A.

Общие данные IB=3* I0
Кривая намагничивания Вспомагательные Расчеты Искомая Характеристика
I0* E0*
0.2 0.16 152.9 25.8 12.6 4.43 4.14 0.05
0.4 0.52 23.8 37.5 25.2 4.43 9.43 0.025
0.6 0.736 144.4 20.9 16.7 36.5 4.39 14.8 0.017
0.8 0.895 131.6 17.3 9.4 45.4 4.28 16.3 0.014
117.7 13.9 52.7 4.13 17.8 0.012
1.2 1.07 11.0 4.17 58.9 3.96 18.4 0.011
1.4 1.122 94.3 8.9 3.06 65.7 3.71 17.8 0.01
1.6 1.163 85.5 7.3 2.34 73.8 3.42 17.2 0.008
1.8 1.196 78.2 6.1 1.85 84.7 3.07 15.7 0.007
1.223 5.2 1.5 2.61 13.6 0.006

 

II скорость.

Данные к расчету:

n1=980, UH=380B, IH=9.8A,I0= 3.3 A, R1=1.9 Oм, R2 = 0.58 Oм, X1=X2=1.750 Oм.

Ток возбуждения: IB=3* I0=9.9A. Экв. ток: I1=0.816*IB=8.1 A.

Общие данные IB=3* I0
Кривая намагничивания Вспомагательные расчеты Искомая Характеристика
I0* E0*
0,2 0,26 84,4 46,7 6,8 7,97 12,5 0,09
0,24 0,52 140,6 191,6 13,8 7,98 25,6 0,04
0,6 0,736 79,6 16,7 20,4 7,67 0,03
0,8 0,895 72,6 9,4 25,6 7,48 41,8 0,02
64,8 29,7 7,2 44,9 0,017
1,2 1,07 57,9 4,17 33,4 6,9 46,4 0,015
1,4 1,122 52,0 3,06 37,4 6,4 44,7 0,014
1,6 1,163 47,2 2,34 42,2 5,9 42,8 0,013
1,8 1,196 43,1 1,85 48,6 5,3 39,8 0,012
1,223 39,7 321,6 1,5 58,5 4,5 34,5 0,01

 

I скорость.

Данные к расчету:

n1=735, UH=380B, IH=9.8A,I0=3,1 A, R1=1.3 Oм, R2 = 1,04 Oм,

X1 = X2 =1,67 Oм.

Ток возбуждения: IB=3* I0=9,3 A. Экв. ток: I1=0.816*IB=7,6 A.

Общие данные IB=3* I0
Кривая намагничивания Вспомагательные расчеты Искомая Характеристика
I0* E0*
0,2 0,26 90,1 53,7 7,33 7,4 15,54 0,14
0,24 0,52 220,5 14,8 7,5 30,7 0,07
0,6 0,736 16,7 21,8 7,2 44,4 0,05
0,8 0,895 77,5 9,4 27,3 7,0 51,8 0,04
69,3 31,7 6,8 55,5 0,03
1,2 1,07 61,8 469,7 4,17 35,6 6,5 59,2 0,029
1,4 1,122 55,5 421,8 3,06 39,8 6,1 57,7 0,026
1,6 1,163 50,4 2,34 44,9 5,6 55,5 0,023
1,8 1,196 349,6 1,85 51,6 5,0 51,8 0,018
1,223 42,4 322,2 1,5 62,3 4,2 44,4 0,017

 

Характеристики динамического торможения на I-й скорости.


Приложение.

 

Задания к расчетно-графической работе.

 

№ Варианта нагруз. Диаграммы
М1 Нм 20.23 62.03 55.0 15.13 330.12 105.2 60.69 200.0 45.0 62.31
М2 Нм 14.15 153.87 55.0 16.11 370.18 98.3 42.45 160.54 30.0 115.03
М3 Нм 22.07 174.82 30.0 20.16 290.02 80.0 66.21 210.01 15.0 59.87
М4 Нм 3.54 87.21 55.0 10.02 330.12 80.0 10.16 260.11 30.0 120.73
t0 c
t1 c
t2 c
t3 c
t4 c
ω c-1 141.3 104.7 141.3 104.7 104.7 157.0 94.2 157.0 10.7

 

 

Нагрузочная диаграмма.

M (Нм) M3 M3

M1 M1

M2 M2

M4 M4

 

 

t

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-29

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...