84895

Исследование характеристик машин переменного и постоянного тока в различных режимах работы: учебно-методическое пособие

Книга

Физика

Приведены методики и примеры расчета асинхронного двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором в различных режимах работы, а также двигателя постоянного тока. Содержатся основные технические данные двигателей различных типов.

Английский

2015-03-23

1.48 MB

8 чел.

РОСЖЕЛДОР

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Ростовский государственный университет путей сообщения»

(РГУПС)

Н.А. Трубицина, М.Ю. Пустоветов, М.А. Трубицин

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН

ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Учебно-методическое пособие

к курсовой работе

Ростов-на-Дону

2013

УДК 621.313.333

Трубицина, Н.А.

Исследование характеристик машин переменного и постоянного тока в различных режимах работы : учебно-методическое пособие к курсовой работе / Н.А. Трубицина, М.Ю. Пустоветов М.А. Трубицин ; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2013. – 34 с. – Библиогр. : 5 назв.

Приведены методики и примеры расчета асинхронного двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором в различных режимах работы, а также двигателя постоянного тока. Содержатся основные технические данные двигателей различных типов.

Предназначено для студентов специальностей «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте» и профиля «Электромеханика» по дисциплинам: «Электрические машины» и «Электрический привод».

Рекомендовано к изданию кафедрой «Электрические машины и аппараты».

Рецензент канд. техн. наук, доц.     Н.К. Колесников

Ростовский филиал «МГАВТ»

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Приводом     называет устройство, предназначенное для приведения в действие машин и механизмов. Привод, в котором в качестве двигателя применяется электрический двигатель, называет электрическим приводом или электроприводом (ЭП).

ГОСТ дает следующее определение ЭП: электропривод   –электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины (ИОРМ) и управления этим движением. Структура ЭП представлена на рисунке1.

Рисунок 1. – Структура электропривода

Преобразовательное устройство (1) предназначено для преобразования электрической энергии (I,U,f), используемой в ЭП.

Электродвигательное устройство  (2) предназначено для преобразования электрической энергии в механическую.

Передаточное устройство (3) предназначено для передачи механической энергии от электродвигателя к ИОРМ и согласования вида и скоростей их движения. В отдельных случаях преобразовательные и передаточные устройства могут отсутствовать.

Управляющее устройство (4) обеспечивает заданный режим работы ЭП и выполняет автоматический пуск, реверсирование, торможение, регулирование и стабилизацию частоты вращения  и  т.д.

Широкое распространение ЭП обусловлено рядом его достоинств: простота подвода энергии, удобство эксплуатации, простота осуществления автоматизации управления, малые габариты и вес, высокий КПД, надежность работы и быстродействие, широкий диапазон мощностей, больше пределы регулирования частоты вращения и т.д.

В качестве электродвигательного устройства могут быть использованы как двигатели постоянного тока (обычно независимого или параллельного возбуждения), так и переменного (чаще всего асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором).


Таблица 1. – Исходные данные к задаче 1

Технические данные асинхронных двигателей с фазным ротором (U = 380 В; U = 220 В; f = 50 Гц)

№ п/п

Тип двигателя

Рн, кВт

nн, об/мин

Мкн

Статор

Ротор

I, А

I0, А

r1, Ом

х1, Ом

r2, Ом

х2, Ом

Ке

J, кг·м2

1

МТ-62-10

45

577

3,2

110

71

0,0652

0,186

0,028

0,0547

1,73

4,37

2

МТ-63-10

60

577

2,9

133

73,8

0,0549

0,16

0,0332

0,0704

1,42

5,5

3

МТ-71-10

80

582

3,3

190

119

0,0275

0,113

0,0266

0,068

1,21

10

4

МТВ512-8

40

730

2,8

101

60

0,08

0,17

0,072

0,24

1,21

1,4

5

МТВ611-10

45

575

3,0

115

80

0,087

0,189

0,027

0,046

1,93

4,25

6

МТВ612-10

60

578

3,0

145

93

0,055

0,142

0,033

0,062

1,44

5,25

7

МТВ613-10

80

580

3,0

190

120

0,042

0,107

0,038

0,078

1,12

6,25

8

МТМ613-10

63

580

2,9

140

80

0,061

0,14

0,0366

0,078

1,28

6,25

9

МТМ711-10

80

585

2,7

188

115

0,033

0,122

0,0159

0,067

1,45

10,25

10

МТН711-10

125

580

2,3

287

155

0,026

0,078

0,017

0,077

1,74

12,8

11

МТН712-10

155

580

2,3

355

183

0,02

0,064

0,0189

0,091

1,21

16,34

12

МТН713-10

200

582

2,1

458

247

0,014

0,038

0,021

0,052

1,78

14,56

13

4МТН280М6

110

975

3,3

205

70

0,025

0,08

0,024

0,083

1,1

4,1

14

МТ-72-10

100

584

3,3

239

149

0,0199

0,0877

0,0299

0,0817

0,97

12

15

МТ-73-10

125

585

2,2

286

170

0,0151

0,0731

0,0337

0,098

0,808

9,2

16

МТВ711-10

100

584

2,8

255

180

0,025

0,096

0,017

0,066

1,28

10,25

17

МТВ712-10

125

587

2,8

320

230

0,016

0,08

0,02

0,082

1,01

12,7

18

МТВ713-10

160

587

2,8

395

285

0,012

0,061

0,022

0,098

0,84

15

19

МТМ712-10

100

587

2,4

240

150

0,022

0,094

0,018

0,082

1,13

9,4

20

МТМ713-10

125

587

2,5

275

156

0,0183

0,081

0,02

0,098

1,107

11,9

21

МТМ612-10

50

577

2,8

114

66

0,088

0,176

0,0313

0,0625

1,5

5,25

22

МТН611-10

53

560

2,6

128

78,1

0,086

0,18

0,0274

0,176

1,62

7,68

23

МТН612-10

70

560

2,6

165

88,7

0,06

0,136

0,02

0,098

1,107

11,5

24

МТН613-10

90

570

1,95

207

120

0,042

0,102

0,0384

0,0988

1,26

4,75

25

4АНК250М4

110

1448

2,5

201

101

0,0273

0,089

0,0264

0,0816

1,444

1,84

 Примечание:

для расчетов в режиме электродинамического торможения варианты:

с 1 по 5 используют схемы а) и в), отношения: IП/I0 =1,5; для схемы а) IП/I =1,23; для схемы в) IП/I =1,41;

с 6 по 10 – схемы б) и г), отношения: IП/I0 =2,0; для схемы б) IП/I =1,06; для схемы г) IП/I =2,12;

с 11 по 15 используют схемы в) и д), отношения: IП/I0 =2,5; для схемы в) IП/I =1,41; для схемы д) IП/I =2,45;

с 16 по 20 – схемы а) и г), отношения: IП/I0 =3,0; для схемы а) IП/I =1,23; для схемы г) IП/I =2,12;

с 21 по 25 – схемы б) и д), отношения: IП/I0 =3,5; для схемы б) IП/I =1,06; для схемы д) IП/I =2,45.

Схемы включения обмоток статора АД в сеть постоянного (выпрямленного) напряжения приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. – Схемы включения обмоток статора АД в сеть постоянного (выпрямленного) напряжения


Задача 1

Пример расчета АД с фазным ротором

Рассчитать ступенчатый пуск, и исследовать статические характеристики асинхронного двигателя (АД) с фазным ротором в двигательном режиме и в режиме электродинамического торможения, а также переходной процесс АД  в двигательном режиме. Основные параметры двигателя приведены в таблице 2.

Таблица 2. – Параметры АД с фазным ротором

Тип

двигателя

Р, кВт

n, об/мин

Uлн/Uфн, В

f,

Гц

р

Мкн

I,

А

МТН-511

34

695

380/220

50

4

2,3

82

I0,

А

r1,

Ом

x1, Ом

r2,

Ом

х2,

Ом

Кe

Jд, кг·м2

47,4

0,0164

0,0232

0,0124

0,0448

1,645

2

1 Расчет статических характеристик и

переходного процесса асинхронного ЭП в двигательном режиме

1.1 Построение естественной механической характеристики

1.1.1 Будем считать, что приводимый механизм создает на валу АД реактивный статический момент сопротивления постоянной величины: .

Чтобы иметь высокий КПД двигателя, выберем его нагрузку в пределах:

                   ,                               (1)

где:  – номинальный момент АД:

                                                    ,                                             (2)

где:  – номинальная угловая частота вращения вала АД:

                                                  ,                                 (3)

где:  – номинальная частота вращения вала АД

;

;

.

1.1.2 Номинальное скольжение:

                                                ,                                     (4)

где:  – синхронная частота вращения магнитного поля статора АД:

                                                     ,                                          (5)

где:  – частота питающей сети;

       – число пар полюсов АД;

 ;

 

1.1.3 Рассчитаем естественную механическую характеристику АД по формуле Клосса:

                                                  ,                                          (6)

где:  – критическое (максимальное) значение момента, определяемое из отношения кратности критического момента:

                                                          ;                                                    (7)

                                                     ;                                            (8)

   ;

       – критическое скольжение:

                                             ,                                      (9)

где:  – активное сопротивление фазы обмотки статора  и приведенное к числу витков фазы статора активное сопротивление фазы обмотки ротора АД;

       – индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки статора  и приведенное к числу витков фазы статора индуктивное сопротивление рассеяния фазы обмотки ротора АД (в задании даны неприведенные значения параметров ротора  и  и коэффициент приведения по ЭДС ):

                                                    ;                                           (10)

                                                   ;                                           (11)

 ;

 ;

        – суммарное активное сопротивление фазы ротора АД, приведенное к числу витков фазы обмотки статора, включающее приведенное добавочное сопротивление фазы обмотки ротора (при построении естественной механической характеристики ), Ом;  

 

 

  .

Далее, задаваясь скольжениями в диапазоне  (таблица № 3), по формуле Клосса строим естественную механическую характеристику АД, представленную на рисунке 3.


Таблица № 3. – Естественная и искусственные механические характеристики АД с фазным ротором

s

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

0,6

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

М

0

445

784

982

1064

1072

1039

988

931

873

818

767

720

678

639

604

573

544

517

493

471

М1 доб.1

0

60

119

178

236

294

349

404

456

507

555

602

646

688

727

764

799

831

861

889

914

М2 доб.2

0

102

203

302

396

486

569

647

717

780

836

885

928

963

993

1018

1037

1052

1063

1070

1074

М3 доб.3

0

175

343

499

636

754

851

928

986

1027

1054

1069

1075

1073

1065

1052

1037

1018

998

977

956

Рисунок 3. – Естественная и искусственные механические характеристики АД с фазным ротором


1.2 Ступенчатый пуск АД с фазным ротором

1.2.1 Значение пускового момента АД:

                                         ;                                  (12)

.

1.2.2 Значение переключающего момента АД:

                                         ;                                   (13)

.

1.2.3 Скольжение на естественной механической характеристике при :

                                              ,                                        (14)

где:  – коэффициент кривизны естественной механической характеристики:

                                                        ;                                                 (15)

;

1.2.4 Задаемся количеством ступеней пускового реостата . Обычно .

1.2.5 Скольжение на естественной механической характеристике при :

                                                        ;                                                  (16)

  

1.2.6 Подставляя в формулу Клосса , проверяем выполнение условия :

.

Т.е. проверка верна, т.к. .

 

Так как метод расчета количества ступеней пуска приближенный, то возможны дефекты взаимного расположения искусственных характеристик: пусковая характеристика с добавочным сопротивлением   не проходит через точку короткого замыкания () при моменте  (задано по условию пуска), переключение на очередную механическую характеристику проходит при моменте, отличающемся от . В этом случае необходимо откорректировать прохождение характеристик, подбирая приведенные значения добавочного сопротивления . Добившись желаемого взаимного расположения всех искусственных механических характеристик АД, построим на одном графике с естественной скорректированные искусственные механические характеристики АД в диапазоне скольжений  (см. таблицу № 3 и рисунок 3).

Из построенных характеристик, помимо  и критических скольжений , определим , являющиеся  и  для переходного процесса АД.

1.2.7 Приращение скольжений на каждой ступени пуска :

- для первой ступени пуска:

                                                                                                 (17)

   ;

- для второй ступени пуска:

                                                                                               (18)

  ;

- для третьей ступени пуска:

                                                                                                 (19)

  

1.2.8 Добавочные (реальные) сопротивления пускового реостата для каждой ступени пуска:

                                                                                              (20)

- для первой ступени пуска:

  ;

- для второй ступени пуска:

  ;

- для третьей ступени пуска:

  .

1.2.9 Полное активное сопротивление роторной цепи:

1.2.10 Изменение скольжения в процессе пуска при изменении времени для различных ступеней пускового реостата:

                                   ,                           (21)

где:  – коэффициент кривизны соответствующей механической характеристики АД:

                                                    ,                                               (22)

где:  – суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя:

                                                ,                                          (23)

где:  – момент инерции механизма, приведенный к валу АД:

                                                   ;                                             (24)

;

;

        – синхронная угловая частота вращения АД:

                                                     ;                                             (25)

;

        – скольжение при моменте  на  механической характеристике:

 ;

 ;

 ;

- для первой ступени пуска:

;

- для второй ступени пуска:

;

- для третьей ступени пуска:

;

- для первой ступени пуска:

;

- для второй ступени пуска:

;

- для третьей ступени пуска:

Изменяя время для трех ступеней разгона, строим зависимость  переходного процесса АД с фазным ротором, причем момент времени окончания переходного процесса на предыдущей ступени разгона является моментом времени начала переходного процесса следующей ступени. Данные расчета представлены в таблице № 4, а характеристика переходного процесса приведена на рисунке 4.

Далее строим зависимость  переходного процесса АД, величину которой получаем подстановкой значений  в формулу Клосса. Данные сводим в таблицу № 5, а характеристика переходного процесса показана на рисунке 5.


Таблица 4. – Переходной процесс АД с фазным ротором, зависимость s(t)

t, c

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

s, о.е.

1

0,8460

0,7488

0,6875

0,6488

0,6243

0,6089

0,5991

0,5930

0,5891

0,5866

t, c

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2

s, о.е.

0,5851

0,5841

0,5835

0,3395

0,3395

0,3395

0,3395

0,1978

0,1978

0,1978


Рисунок 4. – Переходной процесс АД с фазным ротором, зависимость s(t)

Таблица № 5. – Переходной процесс АД с фазным ротором, зависимость М(t)

t,c

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

М,Н*н

913,84

828,92

763,75

717,89

687,07

666,87

653,83

645,48

640,16

636,79

634,65

633,3

t,c

1,2

1,3

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,7

1,8

1,9

2

М,Н*н

632,44

631,9

914,4

630,94

630,93

630,93

630,93

913,69

630,92

630,92

630,92

Рисунок 5. – Переходной процесс АД с фазным ротором, зависимость М(t)


2 Расчет статических характеристик АЭП

в режиме динамического торможения

Выражение для механической характеристики АД в режиме динамического торможения имеет вид, аналогичный формуле Клосса, а кривая, ею описываемая, имеет характерную точку критического момента:

                                                ,                                           (26)

где:  – относительная скорость:

                                                    ;                                               (27)

       – аналог критического скольжения для режима динамического торможения:

                                                     ,                                               (28)

где:  – индуктивное сопротивление ветви намагничивания АД:

                                            ,                                     (29)

где:  – величина тока холостого хода;

;

;

       – критический момент в режиме динамического торможения:

                                            ,                                   (30)

где:  – действующее значение эквивалентного переменного тока, А. Для различных схем включения обмоток статора АД в сеть постоянного (выпрямленного) напряжения вычисляется по различным соотношениям.

Тогда, задаваясь отношением , определим величину фактически протекающего в статоре постоянного тока:

                                                       ;                                              (31)

.

Действующее значение эквивалентного переменного тока для двух схем:

                                                          ;                                                  (32)

                                                         ;                                               (33)

;

;

;

:

;

.

Данные расчета в режиме динамического торможения приведены в таблице 6, а характеристики АД показаны на рисунке 6.


Таблица 6. – Механические характеристики АД с фазным ротором в режиме динамического торможения

s,о.е.

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

Ма,Н*м

-98,84

-109,8

-123,51

-141,11

-164,56

-197,32

-246,3

-327,48

-487,19

-933,01

0

Мг,Н*м

-33,27

-36,96

-41,575

-47,501

-55,394

-66,424

-82,918

-110,23

-163,99

-314,06

0

Рисунок 6. – Механические характеристики АД с фазным ротором в режиме динамического торможения


Таблица 7. – Исходные данные к задаче 2

Технические данные асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором

Наименование величин

Предпоследняя цифра шифра

Последняя цифра шифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Номинальная мощность на валу,  кВт

0 – 9

55

4

11

125

30

75

320

500

22

15

Номинальное линейное напряжение,  В

0 – 9

380

380

380

380

380

380

660

660

380

380

Синхронная угловая частота,  об/мин

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

750

3000

1000

1500

1500

3000

3000

1500

1500

1000

750

1000

1000

1500

1500

1000

750

1500

600

1500

КПД,  о.е.

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

0,72

0,97

0,76

0,92

0,82

0,9

0,85

0,71

0,79

0,96

0,75

0,8

0,73

0,86

0,81

0,95

0,83

0,74

0,89

0,77

Коэффициент мощности,  о.е.

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

0,75

0,58

0,6

0,84

0,8

0,66

0,55

0,91

0,86

0,69

0,57

0,83

0,9

0,72

0,78

0,64

0,81

0,56

0,63

0,89

Активное сопротивление цепи намагничивания,  о.е.

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

0,54

0,26

0,5

0,34

0,55

0,48

0,24

0,29

0,27

0,14

0,3

0,28

0,18

0,17

0,16

0,19

0,6

0,25

0,56

0,15

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания,  о.е.

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

2,4

4,0

2,35

3,0

3,2

3,3

4,5

4,1

2,55

2,9

2,8

3,1

3,6

3,85

3,4

3,65

2,5

4,2

2,1

3,8

Продолжение табл. 7

Активное сопротивление обмотки статора,  о.е.

0 – 9

0,018

0,033

0,028

0,015

0,032

0,017

0,013

0,012

0,024

0,026

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора,

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

0,026

0,024

0,048

0,051

0,049

0,043

0,018

0,02

0,04

0,035

0,022

0,025

0,021

0,019

0,015

0,016

0,032

0,03

0,034

0,036

Индуктивное сопротивление обмотки статора,  о.е.

0 – 9

0,11

0,12

0,13

0,105

0,115

0,125

0,11

0,12

0,13

0,105

Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора,

0 – 9

0,14

0,13

0,12

0,11

0,105

0,115

0,125

0,135

0,14

0,13

Механические потери мощности,  кВт

0, 2, 4, 6, 8

1, 3, 5, 7, 9

0,25

0,55

0,3

0,15

0,5

0,35

1,35

1,25

0,15

0,2

0,4

0,6

2,5

3,0

4,5

4,0

0,7

1,95

0,9

0,1

Примечание:

Для студентов дневной формы обучения вариант выбирается в соответствии с номером журнала учебной группы.


Задача 2

Пример расчета АД с короткозамкнутым ротором

В задаче требуется:

1 Рассчитать рабочие характеристики асинхронного двигателя (АД) и построить зависимости частоты вращения , вращающего момента , тока обмотки статора , потребляемой мощности , коэффициента мощности  и коэффициента полезного действия (КПД)  в функции полезной мощности : (.

2 Расчет следует выполнить для значений скольжения

3 Для каждой величины скольжения нужно определить [1]:

величины тока холостого хода

- активные ,

- реактивные  ,

- действующие ;

величины тока статора

- активные ,

- реактивные ,

- действующие ,

величины тока ротора

- активные ,

- реактивные ,

- действующие ;

величины мощности

- потребляемую ,

- преобразованную ,

- полезную ;

коэффициенты мощности

и ;

КПД

;

частоту вращения ротора

;  

момент на валу

.

Исходные данные к задаче 2 приведены в таблице 4.

Исходные данные

Номинальная мощность на валу  Р, Вт            15000

Номинальное линейное напряжение   U, В      380

Синхронная угловая частота   n, об/мин              1500

КПД   η, о.е.                   0,89

Коэффициент мощности   cosφ, о.е.               0,63

Активное сопротивление цепи намагничивания   r*m, о.е.                     0,15

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания   х*m, о.е.   3,8

Активное сопротивление обмотки статора   r*1, о.е.                             0,026

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора   r*/2, о.е.         0,034

Индуктивное сопротивление обмотки статора   х*1, о.е.          0,105

Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора   х*/2, о.е.          0,13

Механические потери мощности   Рмех, Вт      100

Для расчёта используем Г-образную схему замещения асинхронного двигателя с вынесенным намагничивающим контуром:

Рисунок 7. – Г-образная схема замещения асинхронной машины:

– активное сопротивление фазы обмотки статора;  – индуктивное сопротивление фазы обмотки статора;  – приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора;   – приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора;  – активное сопротивление цепи намагничивания;  – индуктивное сопротивление цепи намагничивания;  – скольжение;  – комплексный коэффициент;  – ток статора;  –  намагничивающий ток;   – приведенный ток ротора;  – напряжение питающей сети

Для данной схемы замещения определим номинальные фазные напряжения и фазные токи, а также поправочный коэффициент , учитывая, что обмотка статора соединена по схеме «звезда».

1 Фазное напряжение, В:

                                                        ;                                                (34)

2 Потребляемая мощность, Вт:

                                                           ;                                                 (35)

3 Фазный ток статора, А:

                                                                                 (36)

Заданные относительные значения сопротивлений переводим в омические.

4 Коэффициент перевода электрических параметров из относительных единиц в омические, Ом:

                                                          ;                                                 (37)

 

5 Активное сопротивление цепи намагничивания, Ом:

                                                          ;                                                (38)

 

6 Индуктивное сопротивление цепи намагничивания, Ом:

                                                         ;                                               (39)

 

7 Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом:

                                                            ;                                                (40)

 

8 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, Ом:

                                                          ;                                                (41)

 

9 Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

                                                          ;                                                (42)

 

10 Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

                                                         ;                                               (43)

 

11 Полное активное сопротивление контура намагничивания, Ом:

                                                          ;                                               (44)

 

12 Полное индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом:

                                                        ;                                             (45)

  

13 Полное эквивалентное сопротивление контура намагничивания, Ом:

                                                      ;                                          (46)

   

14 Коэффициент мощности, о.е.:

                                                         ;                                             (47)

    

15 Синус угла , о.е.:

                                                         ;                                              (48)

 

16 Действующее значение тока холостого хода статора, А:

                                                           ;                                                 (49)

 

17 Активная составляющая тока холостого хода, А:

                                                      ;                                           (50)

   

18 Реактивная составляющая тока холостого хода, А:

                                                       ;                                           (51)

   

19 Поправочный коэффициент:

                                                           ;                                               (52)

   

Далее, задавшись значениями скольжения , указанными в задании, рассчитываем величины, приведенные в таблице 8.

20 Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

                                                               .                                               (53)

21 Эквивалентное активное сопротивление рабочего контура, Ом:

                                                         .                                         (54)

22 Добавочное приведённое активное сопротивление в цепи ротора:

                                                             .                                          (55)

23 Приведённое индуктивное сопротивление рабочего контура, Ом:

                                                        .                                      (56)

24 Полное приведённое сопротивление рабочего контура, Ом:

                                                       .                                    (57)

25 Коэффициент мощности, о.е.:

                                                               .                                             (58)

26 Действующее значение тока ротора, А:

                                                                 .                                                (59)

27 Активная составляющая тока ротора, А:

                                                        .                                      (60)

28 Реактивная составляющая тока ротора, А:

                                                      .                                     (61)

29 Активная составляющая тока статора, А:

                                                             .                                             (62)

30 Реактивная составляющая тока статора, А:

                                                             .                                            (63)

31 Действующее значение тока статора, А:

                                                      .                                     (64)

32 Коэффициент мощности, о.е.:

                                                              .                                            (65)

33 Преобразованная мощность, Вт:

                                                        .                                         (66)

34 Добавочные потери, Вт:

                                                          .                                           (67)

35 Полезная мощность на валу двигателя, Вт:

                                                         .                                           (68)

36 Потребляемая мощность, Вт:

                                                          .                                           (69)

37 Частота вращения ротора, об/мин:

                                                           .                                             (70)

38 Момент на валу двигателя, Н·м:

                                                           .                                          (71)

39 КПД двигателя, о.е.:

                                                                   .                                                 (72)

Все расчеты сводятся в таблицу 8, а рабочие характеристики представлены на рисунке 8.

Таблица 8. – Данные расчета рабочих характеристик АД

п/п

Расчетные параметры АД

Значение скольжения , о.е.

0,0025

0,005

0,01

0,2

0,3

1

55,00875

27,50437

13,75219

0,687609

0,458406

2

55,1313

27,62693

13,87474

0,810163

0,58096

3

54,87122

27,36685

13,61466

0,550087

0,320884

4

1,132725

1,132725

1,132725

1,132725

1,132725

5

55,14294

27,65014

13,9209

1,392635

1,273021

6

0,999789

0,999161

0,996684

0,581749

0,456364

7

3,978626

7,934611

15,75998

157,5382

172,3406

8

3,977786

7,92795

15,70772

91,64762

78,64996

9

0,081727

0,325052

1,282369

128,1366

153,3475

10

10,72983

14,68

22,45977

98,39967

85,40201

11

19,17623

19,41955

20,37687

147,2311

172,442

12

21,97401

24,34382

30,32586

177,0861

192,4312

13

0,488297

0,654123

0,812346

0,745632

0,623456

14

2605,746

5168,891

10144,71

40956,67

28592,03

15

150,6024

150,6024

150,6024

150,6024

150,6024

16

1755,144

4318,289

9294,103

40106,06

27741,42

17

7062,155

9662,072

14782,55

64764,62

56209,84

18

748,125

746,25

742,5

600

525

19

22,40484

55,26252

119,5403

638,3549

504,6297

20

0,42456

0,50389

0,798564

0,712346

0,596324


Рисунок 8. – Рабочие  характеристики АД с короткозамкнутым ротором

Технические данные двигателей постоянного тока серии П с напряжением 220 В

№ п/п

Тип

двигателя

Рн, кВт

nн, об/мин

Iн, А

Rя+Rдп, Ом

Rв, Ом

N

2а

Wв

Фн·10-3, Вб

Iвн, А

nmах, об/мин

Jд, кг·м2

1

П-82

42

1500

218

0,046

40,4

234

2

936

17,4

3,89

2250

3,1

4

2

П-91

19

600

106

0,198

44

580

2

1000

16,3

3,57

1200

5,9

4

3

П-91

25

750

136

0,102

44

420

2

1000

18,9

3,57

1500

5,9

4

4

П-91

32

1000

171

0,067

35,8

330

2

870

18,4

4,39

2000

5,9

4

5

П-91

55

1500

287

0,026

35,8

210

2

870

19,8

4,39

2250

5,9

4

6

П-92

25

600

136

0,111

48,4

420

2

1000

23,4

3,25

1200

7

4

7

П-92

32

750

169

0,004

31,8

324

2

830

26,8

4,94

1500

7

4

8

П-92

42

1000

219

0,055

48,4

290

2

1000

20,8

3,25

2000

7

4

9

П-92

75

1500

381

0,014

31,8

162

2

830

20,1

4,94

1900

7

4

10

П-101

32

600

172

0,075

37,8

372

2

950

26,9

4,16

1200

10,3

4

11

П-101

42

750

222

0,049

37,8

282

2

950

29,7

4,16

1500

10,3

4

12

П-101

55

1000

286

0,029

37,8

222

2

950

27,9

4,16

1500

10,3

4

13

П-101

100

1500

508

0,013

37,8

304

2

950

13,7

4,16

1800

10,3

4

14

П-102

42

600

223

0,023

32,5

282

2

840

37,4

4,84

1200

12

4

15

П-102

55

750

286

0,031

32,5

222

2

840

37

4,84

1500

12

4

16

П-102

75

1000

385

0,019

32,5

186

2

840

33,4

4,84

1500

12

4

17

П-102

125

1500

632

0,079

32,5

228

2

840

13

4,84

1800

12

4

18

П-111

55

600

287

0,036

28

246

2

850

41,4

5,61

1200

20,4

4

19

П-111

75

750

387

0,024

28

210

2

850

39,1

5,61

1500

20,4

4

20

П-111

100

1000

511

0,015

28

334

2

850

18,6

5,61

1500

20,4

4

21

П-111

160

1500

809

0,064

28

216

2

850

13,5

5,61

1800

20,4

4

22

П-112

70

600

361

0,026

24

210

2

750

48,8

6,55

1200

23

4

23

П-112

85

750

436

0,019

24

336

2

750

24,6

6,55

1500

23

4

24

П-112

125

1000

632

0,01

24

252

2

750

24,9

6,55

1500

23

4

25

П-112

200

1500

1000

0,049

24

184

2

750

16,2

6,55

1500

23

4


3.1 Приведём сопротивления обмоток ДПТНВ к рабочей температуре:

                                                   ,                                          (73)

где:  – КПД ДПТНВ в номинальном режиме, о.е.:

                                                      ;                                                (74)

;

.

3.2 Будем считать, что приводимый механизм создаёт на валу ДПТНВ реактивный статический момент сопротивления постоянной величины . При условии постоянства магнитного потока машины  выберем ток нагрузки в пределах:     

                                                  ;                                             (75)

.                                

3.3 Выберем пусковой ток на искусственных характеристиках в пределах:

                                                  ;                                            (76)

,

а переключающий ток:

                                                          ;                                                     (77)

.

3.4 Кратность пускового и переключающего токов определяется как:

                                                              ;                                                        (78)

.                                                                                       

3.5 Относительное сопротивление якоря двигателя в нагретом состоянии:

                                                     ;                                              (79)

3.6 Определяем число ступеней пуска:

                                                       ;                                                   (80)

 .        

Округляем результат до ближайшего большего значения.

3.7 Определяем уточнённое значение кратности тока:

                                                      ;                                                  (81)

.

Из формулы (48) определим ток :

.

Проверяем выполнение условия :

.

Условие выполнено.

3.8 Рассчитаем пусковые (регулировочные) сопротивления:

                                                   ,                                             (82)

где:  – номер ступени;

:  ;

:  ;

:  ;

:  .

3.9 Для каждой ступени определяем механическую постоянную времени:

                                                   ,                                          (83)

где:

                                                  ,                                         (84)

где:  – номинальная угловая частота вращения, рад/с:

                                                     ;                                             (85)

 ;

  ;

       – конструктивная постоянная ДПТНВ:

                                                           ;                                                  (86)

;

;

       – суммарный момент инерции ротора, приведённый к валу двигателя:

                                                 ,                                            (87)

где:  – момент инерции ротора, кг·м2;

       – момент инерции механизма, приведенный к валу ДПТНВ, кг·м2:

;

;

:     ;

:     ;

:     ;

:     ;

:     .

3.10 Для каждой искусственной и естественной ступени определяем установившуюся скорость вращения:

                                             ;                                         (88)

:    ;

:    ;

:    ;

:    ;

:                       ;                                       (89)

.

3.11 Для каждой искусственной и естественной ступени определяем начальную скорость вращения (для первой ступени ):

                                              ;                                        (90)

:       ;

:    ;

:    ;

:    ;

                                   ;                                       (91)

:     .

3.12 Длительность переходного процесса (время разгона) на каждой пусковой (искусственной) ступени определяем по зависимости:

                                                 ;                                            (92)

:     ;

:     ;

:     ;

:     .

3.13 Время разгона на естественной характеристике определяем как:

                                        ;                                           (93)

где:  – допустимая погрешность расчёта;

:        .

3.14 Для построения графиков переходных процессов частоты вращения и тока якоря на каждой  ступени пуска (в том числе для естественной характеристике), шаг расчёта по времени определим, как:

                                                           ,                                                   (94)

где:  – рекомендуемое число точек; выбираем :

:       ;

:       ;

:       ;

:       ;

:       .

3.15 Строим для каждой  ступени пуска (в том числе для естественной характеристики), задаваясь значениями времени  в диапазоне от 0 до  с шагом , зависимости угловой скорости и тока:

                                 ;                       (95)

                                        ;                               (96)

:    ;

      ;

: ;

      ;

: ;

      ;

: ;

      ;

: ;

      .

Данные расчета приведены в таблицах 11 и 12, а переходной процесс представлен на рисунках 9 и 10.


Таблица № 11. –  Переходной процесс ДПТ, зависимость ω(t)

t,c

0

0,15

0,3

0,45

0,6

0,75

0,9

1,05

1,2

1,35

1,44

1,53

1,62

1,71

1,8

ω,рад/с

0

13,55

24,92

34,46

42,46

49,17

54,8

59,52

63,48

66,80

115,24

115,57

115,84

116,07

116,27

t,c

1,89

1,98

2,07

2,16

2,21

2,26

2,31

2,36

2,41

2,46

2,51

2,56

2,61

2,64

2,67

ω,рад/с

116,43

116,56

116,68

116,78

137,32

137,33

137,33

137,33

137,33

137,33

137,33

137,34

137,34

149,54

149,54

t,c

2,76

2,79

2,82

2,85

2,88

2,91

2,95

2,99

3,03

3,07

3,11

3,15

3,19

3,23

3,27

ω,рад/с

149,54

149,54

149,54

149,54

149,54

149,54

157

157

157

157

157

157

157

157

157

Рисунок 9.– Переходной процесс ДПТ, зависимость ω(t)

Таблица 11. – Переходной процесс ДПТ, зависимость I(t)

t,c

0

0,15

0,3

0,45

0,6

0,75

0,9

1,05

1,2

1,35

1,35

I,А

147

135,1477

125,2066

116,8686

109,8751

104,0094

99,08959

94,96311

91,50205

88,59911

147

t,c

1,44

1,53

1,62

1,71

1,8

1,89

1,98

2,07

2,16

2,16

2,21

I,А

135,236

125,3548

117,0552

110,084

104,2286

99,3103

95,17924

91,70937

88,79488

147

136,1486

t,c

2,26

2,31

2,36

2,41

2,46

2,51

2,56

2,61

2,61

2,64

2,67

I,А

126,8992

119,0155

112,2956

106,5679

101,6858

97,52451

93,97757

90,95429

147

136,2122

127,0077

t,c

2,7

2,73

2,76

2,79

2,82

2,85

2,88

2,91

2,91

2,95

2,99

I,А

119,1542

112,4533

106,736

101,8579

97,69568

94,1444

91,11435

88,52903

147

125,4073

110,1581

Рисунок 10. – Переходной процесс ДПТ, зависимость I(t)


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Копылов, И. П. Электрические машины: учеб. для вузов / И.П. Копылов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк.: Логос, 2005. – 607 с: ил.

2. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учеб. для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. – М.; СПб.: Питер, 2007. – 319 с.: ил.

3. Овсянников Е.М.

Электрический привод: учебник / Е.М. Овсянников. – М.: ФОРУМ, 2011. –    224 с.: ил.

4. Кисаримов Р.А.

Электропривод: Справочник. – М.: ИП «РадиоСофт», 2010. – 352 с.: ил.

5. М.Ю. Пустоветов, А.В. Чубукин, М.П. Фуражировский.

Статические и динамические расчеты электроприводов: Метод. указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория электропривода» / РГАСХМ ГОУ, Ростов н/Д , 2005. – 60 с.

Учебное издание

Трубицина Надежда Анатольевна

Пустоветов Михаил Юрьевич

Трубицин Михаил Анатольевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН

ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Учебно-методическое пособие

к курсовой работе

Редактор А.В. Артамонов

Техническое редактирование и корректура А.В. Артамонова

Подписано в печать 28.12.2010. Формат 60×84/16.

Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,4.

Уч.-изд. л. 1,33. Тираж 100 экз. Изд. № 80. Заказ №

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45344. Технология разработки экспертных систем 36 KB
  К разработке экспертных систем привлекаются специалисты из разных предметных областей а именно: эксперты той проблемной области к которой относятся задачи решаемые системой; инженеры по знаниям являющиеся специалистами по разработке систем искусственного интеллекта; программисты осуществляющие реализацию экспертной системы. Инженеры по знаниям помогают экспертам выявить и структурировать знания необходимые для работы экспертной системы выполняют работу по представлению знаний выбирают методы обработки знаний проводят выбор...
45345. Архитектура системы работы со знаниями 48 KB
  Различие между уровнями заключается в языке применяемом для представления знаний. Для работы со знаниями на любом из этих уровней используются следующие базовые компоненты: база знаний; редактор базы знаний; база данных со своей СУБД; решатель; подсистема настройки и управления; подсистема объяснения; диалоговая подсистема. В некоторых источниках совокупность средств обеспечивающих работу со знаниями называют системой управления базой знаний СУБЗ по аналогии с СУБД.
45346. Персептрон Розенблатта 53 KB
  В первоначальных вариантах исполнения персептрона соединения идущие от сузлов формировались случайным образом еще в процессе конструирования системы поэтому они определяли некоторые случайные свойства изображения. Как и в пандемониуме при обучении персептрона вычислялись данные о ценности каждого аузла. Как аузлы так и рузлы персептрона представляли собой математические нейроны которые были рассмотрены ранее. Веса синапсов идущих к рузлам изменялись в процессе обучения персептрона.
45347. КОМПЬЮТЕРНОЕ ТВОРЧЕСТВО 32 KB
  Например каждое слово поэмы состоит из букв которые могут быть закодированы 33 цифрами. При таком соответствии одна длинная строка цифр может рассматриваться как кодированная запись поэмы. Полотно картины можно расчертить на мельчайшие клетки и цвет каждой клетки закодировать цифрами.
45348. Моделирование в музыке 40.5 KB
  В памяти композитора существует множество различных мелодий накопленных им в течение жизни. И естественно полагать что фрагменты этих мелодий отдельные музыкальные фразы музыкальные инварианты осознанно или неосознанно используются композитором в его творческом процессе. Далее следует прочитать следующую за найденной фразой ноту приписать ее к текущей музыкальной фразе а первую ноту из этой фразы выдать в файл формируемых мелодий и вычеркнуть из текущей фразы так чтобы в ней попрежнему оставалось четыре ноты. В результате в файле...
45349. Модели представления знаний 64 KB
  Декларативная модель представления знаний основывается на предположении что проблема предоставления некоторой предметной области решается независимо от того как эти знания потом будут использоваться. Такую модель можно разделить на две части: статически описательные модели знаний и механизм вывода оперирующий этими структурами и практически независимый от их содержательного наполнения. Декларативные модели представления знаний Семантические сети Семантические сети были предложены американским психологом Куиллианом.
45350. Инструментарии построения экспертных систем 30 KB
  Инструментальное средство разработки экспертных систем – это язык программирования используемый инженером знаний или и программистом для построения экспертной системы. Оболочки экспертных систем Системы этого типа создаются как правило на основе какойнибудь экспертной системы достаточно хорошо зарекомендовавшей себя на практике. При создании оболочки из системыпрототипа удаляются компоненты слишком специфичные для области ее непосредственного применения и оставляются те которые не имеют узкой специализации.
45351. Интеллектуальные базы данных 29.5 KB
  Развитие приложений ИС требует реализации более легкого и удобного доступа к базам данных. Другой продукт это КЕЕ Connection Intelli Corportion который переводит команды КЕЕ КЕЕ Knowledge Engineering Environment в запросы БД и автоматически поддерживает тракт данных флуктуирующих туда и обратно между базой знаний КЕЕ и реляционной БД использующей SQL. Другими преимуществами такой интеграции являются способности использовать символьное представление данных и улучшения в конструкции операциях и поддержании СУБД.
45352. Методы распознавания образов 27 KB
  Этот метод требует либо большого количества примеров задачи распознавания с правильными ответами либо специальной структуры нейронной сети учитывающей специфику данной задачи. Методы распознавания образов В целом можно выделить три метода распознавания образов: Метод перебора. Например для оптического распознавания образов можно применить метод перебора вида объекта под различными углами масштабами смещениями деформациями и т.