Определение параметров и расчет характеристик двигателей для электроприводов постоянного и переменного тока

Министерство  образования и науки Российской Федерации

государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский государственный  технический университет

Лысьвенский филиал

Кафедра ЕН

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине

«ЭЛЕКТРический ПРИВОД»

 

 

тема: «Определение параметров и расчет характеристик двигателей для электроприводов постоянного и переменного тока

 

 

Выполнил студент М.А. Мехряков

 

Группа  ВБЭЛ–03–1

Направление 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»

 

 

 

Научный руководитель В.Г. Лопатин

 

 

 

 

 

 

Лысьва 2006

 

Пример выполнения контрольного задания №1

 

В примере использованы данные двигателя  независимого возбуждения 2ПН-160 LГУ4:

Класс изоляции «В» – 130⁰С.

Коэффициенты:

 

1.1. Структурная схема двигателя представляется в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Уравнения динамической характеристики в осях

 

 

1.3. Параметры двигателя:

 

Сопротивление в нагретом состоянии:

.

где α = 0,004 – температурный коэффициент сопротивления.

Примечание: В данном примере при расчете допустимая температура принята равной 130⁰С, температура окружающей среды принята 20⁰С. В конкретном задании сопротивление обмоток дано в холодном состоянии. Пересчеты для нагретого состояния можно выполнить аналогично или использовать формулу, приведенную в методических указаниях по выполнению контрольной работы.

 

Индуктивность якорной цепи:

,

где – угловая скорость вращения якоря.

 

Коэффициент ЭДС  .

 

Конструктивный коэффициент: .

 

Номинальный магнитный поток:

.

 

Электромагнитная постоянная якорной цепи

.

 

Индуктивность обмотки возбуждения

.

 

Электромагнитная постоянная цепи возбуждения:

.

 

Номинальная ЭДС двигателя:

.

 

Модуль жесткости естественной механической характеристики:

.

 

Номинальный электромагнитный момент двигателя:

.

 

Угловая скорость идеального холостого хода:

.

 

2.1. Естественные электромеханическая  и механическая . Характеристики рассчитываются и строится по 2 точки с координатами:

для электромеханической характеристики

для механической характеристики   .

Характеристики изображены на графиках рис.1 и 2.

 

3.1. Искусственные электромеханические  и механические характеристики  рассчитываются и строятся аналогично по 2-м точкам с координатами (рис.1, 2):

для электромеханической  характеристики:

      .

для механической характеристики:

  .

 

 

 

 

 

 

3.2. Величина сопротивления,  которое нужно ввести в цепь  якоря  для обеспечения работы  двигателя в заданной точке,  определяется из уравнения механической  характеристики при подстановке в него значений

.

.

 

4.1. Для расчета и построения  характеристик при ослабленном магнитном потоке находится величина из уравнения механической характеристики

,

где ;   .

 

Подставив в уравнения значения и , получим квадратное уравнение

;

.

Отсюда  , .

Реальным является .

Примечание: Реальным является (0,9÷0,4) , при котором частота вращения < п_макс (см. табл. 1).

Скорость идеального холостого  хода при   .

 

Координаты точек для  построения электромеханической характеристики:

  ;  А.

 

Координаты точек для  построения механической характеристики:

  ;  .

Характеристики изображены на рис.1.1 и 1.2.

 

5.1. Расчет и построение характеристик при пониженном напряжении на якоре. Сначала определяется напряжение на якоре, обеспечивающее получение заданных характеристик. Из уравнения механической характеристики требуемое  напряжение:

,

где ;

.

 

Скорость идеального холостого  хода:

.

 

Координаты точек для построения характеристик:

; ;

  ;

  ;

  .

Характеристики изображены на рис.1.2.

 

6.1. Расчет и построение механической характеристики при динамическом торможении Механическая характеристика в этом режиме проходит  через начало координат и точку с заданными координатами:

 

.

Она изображена на рис. 2.

 

Тормозное сопротивление  определяется  из уравнения механической характеристики

Отсюда  .

 

Можно рассчитать и другим способом.

Тормозное сопротивление  для режима динамического торможения ДПТ с независимым возбуждением рассчитывается исходя из условий ограничения броска тока в начальный момент торможения до допустимого значения. В этом режиме , т.к. U = 0, и поэтому подставляем вместо Е – максимально возможную ЭДС, а вместо I_Я – допустимый ток I_доп. R_m получим, решив аналогичное выражение относительно Е_макс и I_ДОП: .

Т.к. при динамическом торможении двигателя независимого возбуждения  в цепи возбуждения протекает номинальный ток, то допустимый ток для нашего случая найдем

Максимальная ЭДС Е_макс определяется исходя из следующего. Сначала определяется из двигательного режима ЭДС при номинальной скорости и номинальном токе , затем находим Е_макс, которая будет во столько раз больше номинальной Е_н, во сколько w_и > w_н. Поэтому .

Тормозное сопротивление для динамического торможения определим, подставив рассчитанные значения:

 

7.1. Расчет величины тормозного сопротивления, которое следует включить в цепь якоря для перевода двигателя в режим противовключения

 

.

 

8.1. Определение скорости двигателя при рекуперативном спуске груза и моменте двигателя, равном 1,5 М_н. при работе на естественной характеристике

 

 

9.1. Расчет и построение пусковой диаграммы двигателя при его пуске в 3 ступени. Для расчета пусковой диаграммы, определения пускового сопротивления и сопротивления ступеней пусковой ток или момент принимают равными:

, .

Получим , и

 

В дальнейшем расчет выполним используя значения тока (аналогично можно использовать значение момента).

 

Полное сопротивление якорной цепи при пуске:

 

Кратность пускового тока:

 

Ток переключения:

Полные сопротивления ступеней:

,

.

 

Отключаемые сопротивления:

 

Пусковая диаграмма изображена на рис. 1.3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример выполнения контрольного задания №2

В примере использованы данные асинхронного двигателя с фазным ротором 4АК-160-S4У3.

Коэффициенты: .

Ток возбуждения в долях от Ток холостого хода ; .

 

1. Структурная схема для области рабочих скольжений имеет вид:

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Структурная схема

 

2. Параметры двигателя и структурной схемы т.к. число пар полюсов  , то скорость синхронная

 

Номинальная угловая скорость:

 

Номинальное скольжение:

.

 

Активное сопротивление статора:

.

Индуктивное сопротивление статора:

Приведенное активное сопротивление  ротора:

Приведенное индуктивное сопротивление  ротора:

Индуктивное сопротивление короткого  замыкания:

.

 

Критическое скольжение:

.

Электромагнитная постоянная:

 

Критический момент:

.

 

Момент на валу

Жесткость линейной части механической характеристики:

2.1. Естественная электромеханическая  характеристика рассчитывается  по выражению:

т.к. при  .

Задаваясь скольжением s от 0 до , можно рассчитать и построить зависимость для двигательного и генераторного режимов работы.

Предельное значение тока ротора:  .

Таблица 2.1 Естественная электромеханическая характеристика для двигательного режима

s	0	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,8	1,4
I’2	0	22,9	43	59,5	73	83,9	92,7	99,8	105,6	128,2	137,9

 

Максимальное значение тока ротора в генераторном режиме:

.

В генератором режиме скольжение подставляется  со знаком « – ».

Таблица 2.2 Естественная электромеханическая характеристика для генераторного режима

s	0	-0,05	-0,1	-0,15	-0,2	-0,25	-0,3	-0,35	-0,7	-1,1	-2	-3
I2	0	24,8	49,7	72,6	92,2	107,8	120	128,6	150,4	153,2	152,5	151,5