Содержательное оформление расчетно-графической работы

Электромеханические свойства ДПТ зависят от системы возбуждения. Различают ДПТ независимого (параллельного), последовательного и смешанного возбуждения.

1. Электрическая принципиальная схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 1.

К якорю электродвигателя прикладывают напряжение сети постоянного тока U, которое в установившемся режиме уравновешивается противо-ЭДС Е двигателя и падением напряжения в цепи якоря IR_я.

Рисунок 1 – Схема включения двигателя постоянного тока независимого возбуждения

2. Расчет и построение естественной электромеханической характеристики n = f (I) заданного двигателя.

В соответствии с уравнением (1) выражение для естественной электромеханической характеристики примет вид:

По выражению (2):

В∙с

Электромеханическую характеристику строим по двум точкам:

т.1: I = 0; ω = ω₀ = 220 / 1,332 = 165,16 с^-1 (η₀ = 1577,2 об/мин)

т.2: I = I_н = 6,1А; ω = 148,7 с^-1 = ω_н (η_н = 1420 об/мин).

Построение характеристики выполнено на рисунке 2, кривая 2.

Рисунок 2 – Электромеханические характеристики ДПТ

3а. Расчет и построение искусственных электромеханических характеристик двигателя n = f (I) при введении в цепь якоря пускового сопротивления R_доб = R_п.

I_доп = λ ∙ I_н = 2,5 ∙ 6,1 = 15, 25 А

(8)

По выражению (8)

Ом.

Электромеханическая характеристика двигателя:

т.1: I = 0; ω = ω₀ = 165,16 с^-1 (η₀ = 1577 об/мин)

т.2: I = I_доп = 15,25 А; ω = 0

Построение характеристики представлено на рисунке 2, кривая 3а.

Рисунок 3 – Механические характеристики ДПТ

3б. Расчет и построение электромеханических характеристик двигателя n = f (I) при введении в цепь якоря добавочного сопротивления R_доб1 и R_доб2.

Ом,

Ом.

По выражению (1) электромеханической характеристики при R_доб1:

т.1: I = 0; ω = ω₀ = 165,16 с^-1 (n₀ = 1577,2 об/мин)

т.2: I = I_н = 6,1 А; ω = 129,9 с^-1 (n = 1182,7 об/мин)

При R_доб2 = 27,1 Ом электромеханическая характеристика примет вид:

т.1: I = 0; ω = ω₀ = 165,16 с^-1 (n₀ = 1577,2 об/мин)

т.2: I = I_н = 6,1 А; ω = 24,57 с^-1 (n = 234,6 об/мин)

Построение характеристик см. на рисунке 2, кривые: 3б(R _доб1); 3б(R _доб2)

3в. Расчет и построение электромеханических характеристик двигателя n = f(I) при ослабленном магнитном потоке.

По выражению (10) КФ₁ = К₃ · КФ_н = 0,8 · 1,332 = 1,07.

Электромеханическая характеристика примет вид:

К · Фi = Кi · К · Ф_ном (9)

т.1: I = 0; ω = ω₀^’ = 205,6 с^-1 (n₀^’ = 1963 об/мин)

т.2: I = I_н = 6,1 А; ω = 185,1 с^-1 (n = 1768 об/мин)

При К · Ф₂ = К₄ · К · Ф_н = 0,5 · 1,332 = 0,67 расчет выполняется аналогично.

Построение характеристик см. на рисунке 2, кривые: 3в(Ф1), Зв(Ф₂).

3г. Расчет и построение электромеханической характеристики двигателя n = f(I) при напряжении U_п и пусковом токе I_доп.

I_доп = 15,25А (см. п.3а)

Напряжение подаваемое на якорь двигателя с целью ограничения пускового тока величиной I_доп (9): U_п = 15,25 · 3,6 = 54,9 В.

Электромеханическая характеристика двигателя:

(10)

т.1: I = 0; ω = ω_оп = 41,2 с^-1 (n_оп= 394 об/мин)

т.2: I = I_доп = 15,25 А; ω = 0

Построение характеристики см. на рисунке 2, кривая 3г.

3д. Расчет и построение искусственных электромеханических характеристик двигателя n = f(I) при напряжениях на якоре U₁ и U₂.

U₁ = К₅ · U = 0,3 · 220 = 66 В

Уравнение электромеханической характеристики примет вид:

т.1: I = 0; ω = ω₀₁ = 49,55 с^-1 (n₀₁ = 473,2 об/мин)

т.2: I = I_н = 6,1 А; ω = 33,1 с^-1 (n = 316 об/мин)

При U₂ = К₆ · U = 0,7 · 220 = 154 В расчет выполняется аналогично.

Построение характеристик см. на рисунке 2: кривые 3д (U₁), 3д (U₂).

4. Расчет и построение естественной механической характеристики двигателя n = f(М).

Электромагнитный поток двигателя определяем по выражению:

М = к · Ф_н · I (11)

Исходные данные для расчета берем из п. 2.

Таблица 1

Построение характеристики см. на рисунке 3, кривая 4.

5. Расчет и построение искусственных механических характеристик ДПТ n = f(М), соответствующих п.п. 3 (б, в, д).

Таблица 2

Построение характеристик см. на рисунке 3.

6. Определить частоту вращения вала двигателя при работе ДПТ на механических характеристиках п.п.4 и 5 (б, в, д) и моменте статистического сопротивления М_с.

Номинальный момент двигателя М= К · Ф_н · I_н = 1,332 · 6,1 = 8,13 Н м и момент сопротивления рабочей машины М_с = К₇ · М_н = 0,7 · 8,13 = 5,7 Нм = const, то есть характеристику момента статического сопротивления помещаем на рисунке 3.

В соответствии с уравнениями (13) по механическим характеристикам n = f(М) и М_с = const ( рисунок 3) графически определяем n_с и указываем их численные значения.

Видно, что на всех характеристиках машина постоянного тока работает в режиме двигателя (М > 0, n_с > 0).

7. Расчет и построение механической характеристики ДПТ n = f(М) при заданных М_с и частоте вращения ω_с. Регулирование осуществляется напряжением, подводимом к якорю двигателя:

М_с = 5,7 Нм; ω_с =К₈ · ω_н = 0,4 · 148,7 = 59,5 с^-1

По выражению (14) напряжение, которое необходимо подавать на якорь двигателя равно:

(14)

В

Механическая характеристика двигателя ω = f(M) (13а) примет вид:

т.1: М = 0; ω = ω₀ = 71,1 с^-1 (n₀ = 679 об/мин)

т.2: М = М_н = 8,13 Нм; ω = 54,6 с^-1 (n₀ = 521 об/мин)

Построение характеристики см. на рисунке 4, кривая 7.

Можно т.2: М = М_с = 57 Нм; ω = ω_с = 59,5 с^-1 (n₀ = 568 об/мин).

8. Расчет и построение механической характеристики двигателя η = f(M) при заданных М_с и ω_с и регулировании осуществляемом изменением вводимого в цепь якоря R_доб.

М_с = 5,7 Нм; ω_с = 59,5 с^-1 – из п.7

В соответствии с (15) R_доб = 29,3 Ом.

В соответствии с (13а)

т.1: М = 0; ω = ω₀ = 165,17 с^-1 (n₀ = 1577,2 об/мин)

т.2: М = М_н = 8,13 Нм; ω = 14,4 с^-1 (n = 137,6 об/мин)

Или т.2: М = М_с; ω = ω_с = 59,5 с^-1 (n_с = 568 об/мин)

Построение характеристики см. на рисунке 4, кривая 8.

(13 а)

(13 б)

Откуда (14)

при R_д = 0

Рисунок 4– Механические характеристики двигателя и рабочей машины

Заключение

В результате выполнения работы можно сделать следующие выводы и указать достоинства и недостатки рассмотренных способов регулирования скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

· Введение резисторов в цепь якоря двигателя является простейшим средством регулирования скорости и ограничения тока в различных переходных процессах, что широко используется в разомкнутых системах электроприводов при питании их от сети постоянного тока.

Реостатный способ регулирования скорости позволяет получить любую пониженную скорость при заданном моменте нагрузки на валу. Однако он имеет недостатки: а) мягкие механические характеристики (крутой наклон характеристик), которые затрудняют получение требуемой скорости при различных нагрузках; б) в реостате R_доб протекает ток якоря I_я, что обуславливает значительные потери R_доб I_я² в цепи якоря.

По этим причинам регулирование скорости двигателя включением реостата в цепь якоря применяют лишь для двигателей небольших мощностей (до 600 Вт).

· Ослабление магнитного поля двигателя с независимым возбуждением используется в электроприводах для регулирования скорости вверх от номинальной (так называемая вторая зона регулирования).

При полюсном регулировании скорости двигателя для изменения магнитного потока необходимо регулировать ток возбуждения двигателя, что достигается с помощью реостата R_в, включенного в цепь обмотки возбуждения.

Как следует из уравнения механической характеристики, скорость идеального холостого хода ω₀ изменяется обратно пропорционально потоку возбуждения. При значительном уменьшении потока возбуждения ток якоря I_я и скорость ненагруженного двигателя резко увеличиваются, что может привести к механическому повреждению двигателя. Поэтому двигатель снабжают автоматической защитой, которая отключает их от сети при чрезмерном уменьшении тока возбуждения.

Одним из преимуществ полюсного регулирования скорости является его экономичность, так как из-за относительно малой мощности обмотки возбуждения небольшими оказываются и дополнительные потери мощности в регулировочном реостате.

К преимуществам следует отнести также достаточно жесткие механические характеристики, что облегчает получение требуемых скоростей, поскольку последние мало зависят от нагрузки двигателя.

Недостатком полюсного регулирования скорости является то, что регулирование скорости путем изменения магнитного потока можно производить лишь в области, расположенной выше естественной механической характеристики, в то время как во многих случаях требуются пониженные скорости.

· Изменение напряжения на якоре двигателя является основным и широко используемым способом регулирования скорости (первая зона регулирования) в современных электроприводах с двигателями постоянного тока независимого возбуждения. В отличие от ослабления поля данный способ регулирования скорости позволяет ограничивать ток короткого замыкания (пусковой ток) плавным повышением напряжения на якоре от 0 до U_ном.

Якорное регулирование скорости двигателя осуществляется в системах «тиристорный преобразователь – двигатель» (ТП-Д) или «генератор – двигатель» (Г-Д), в которых источником регулируемого напряжения может быть полупроводниковый преобразователь на тиристорах или генератор постоянного тока независимого возбуждения, вращаемый с постоянной скоростью приводным (например, синхронным или асинхронным) двигателем. Пусковой реостат в этом случае не требуется, поскольку пуск начинается при пониженном напряжении (начиная с нулевого значения), которое можно плавно повысить. Для реверсирования двигателя необходимо изменить направление тока в якоре или в обмотке возбуждения.

Контрольные вопросы

1. Устройство, принцип действия и назначение машин постоянного тока.

2. В чем заключается свойство обратимости электрических машин?

3. Классификация двигателей постоянного тока по способам возбуждения.

4. Как записать уравнение электромеханической характеристики ЭД постоянного тока?

5. Как записать уравнение механической характеристики ЭД постоянного тока?

6. Какая разница между электромеханической и механической характеристиками ЭД постоянного тока?

7.Начертите в общих осях систем координат (на одном графике) примерные естественные механические и электромеханические характеристики двигателей постоянного тока.

8.Какие параметры и каким образом влияют на вид механической и электромеханической характеристик двигателей постоянного тока независимого возбуждения?

9. Начертите электрические принципиальные схемы и механические

характеристики двигателей постоянного тока для режимов торможения: противовключением, динамического и рекуперативного.

10. Каковы способы регулирования скорости ЭД постоянного тока?

11. Какие способы торможения ЭД постоянного тока применяют на практике?

12. Как записать механическую характеристику ЭД постоянного тока при динамическим торможении?

13. Почему в момент пуска ЭД постоянного тока возникает большой ток и какие меры принимают для его уменьшения?

14. Как осуществляется пуск ЭД постоянного тока в функции времени?

15.Укажите способы регулирования скорости двигателей в современном автоматизированном электроприводе.

Рекомендуемая литература для самостоятельной работы

1 Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе / С.Н.Вешеневский – М.: Энергия, 1977. – 432 с.

2 Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учеб. для вузов. – М.: Энергоиздат, 1992. – 544с.

3 Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. – СПб.: Энергоатомиздат, 1994. – 496 с.

4 Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования: – Мастерство: Высшая школа, 2000. – 368 с.

5 Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. для электротехн. спец. техн. - М.: Высш. шк., 1991. – 430 с.: ил.

6 Усенков Н. И. Электропривод с двигателями постоянного тока независимого возбуждения: Контрольные задания к расчетно-графической работе / Н. И.Усенков, В.Л. Хрипко – Оренбург: ОГУ, 2000. – 13 с.

7 Усенков Н. И. Электропривод с асинхронными двигателями: Расчетно-графическая работа по курсу автоматизированного электропривода. – Оренбург: ОГУ, 2000. – 29 с.

8 Электротехнический справочник в 3-х томах. Т.2. Электротехнические изделия и устройства /Под ред. В.Г. Герасимова и др. – М.: Энергоатомиздат, 1986. –640 с.

9 Стандарт предприятия СТП 101–00. Общие требования и правила оформления выпускных квалификационных работ, курсовых проектов (работ), отчетов по РГР, по УИРС, по производственной практике и рефератов. – Оренбург: ОГУ, 2000. – 62 с.

Приложение А –Варианты исходных данных к расчетно-графической работе «Расчет статических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения» (таблицы 1÷6).

1. Вариант задания берется по таблицам 1÷6. Причем номер таблицы /1-5/ соответствует номеру учебной группы, а номер строки в таблице - номеру фамилии студента в журнале группы. Расчетные коэффициенты берутся для всех групп по таблице 6 по первой букве фамилии студента.

2. В таблицах 1-5 приняты следующие обозначения:

Р_н - номинальная мощность двигателя;

U_н - номинальное напряжение двигателя;

I_н - номинальный ток якоря двигателя;

n_н - номинальная частота вращения вала двигателя;

λ = I_доп/ I_н - отношение предельно-допустимого тока якоря двигателя I_доп к номинальному току якоря I_н .

3. В таблицах 1÷5 приведены технические данные серийных двигателей постоянного тока независимого возбуждения, выпускаемых предприятиями электротехнической промышленности.

В таблице 1 и частично в таблице 2 представлены двигатели серия 2П - двигатели общепромышленного применения для систем современного регулируемого электропривода [8]. Условные обозначения: 2 - порядковый номер серии; П - двигатель постоянного тока; последующая буква - исполнение по способу защиты и охлаждения (Н - защищенный с самовентиляцией, Ф - защищенный с независимой вентиляцией от постороннего вентилятора, Б - с естественным охлаждением, 0 - с наружным обдувом от постороннего вентилятора). Двух- или трехзначное число - высота оси вращения в мм. Далее за числом буква - условная должна сердечника якоря (S - малая, М - средняя, L – большая).

В таблице 2- представлены малоинерционные высокомоментные электродвигатели, применяемые в приводах подач станков с ЧПУ, промышленных робот, гибких производственных системах и др. Двигатели характеризуются небольшими размерами, повышенной перегрузочной способностью, малой величиной момента инерции J_дв. ПГТ - двигатели с гладким якорем; ДПУ, ДК, ГЯ - с печатн. якорем.

В таблице 3 представлены двигатели серии Л, предназначенные для работы в электроприводах прокатных станов, сталеплавильных и доменных печей, в механизмах кранов, рольгангов и других подъемно-транспортных устройств, работающих в условиях повышенной влажности, запыленности и вибрации [8]. Двигатели отмеченные буквой «б» – быстроходные, остальные – тихоходные.

В таблице 4 представлены силовые исполнительные микродвигатели независимого возбуждения серий СЛ и ПЛ. Они применяются в электроприводах автоматических устройств управления, самопишущих приборов, гироскопов, промышленных роботов, механизмов дистанционного управления, маломощных механизмов различных отраслей промышленности (часовая, швейная и др.). В отличии от двигателей постоянного тока общего назначения имеет ненасыщенную магнитную цепь и шихтованные – набранные из листов электротехнической стали не только якорь, но и спинку статора и полюсы, что необходимо из-за работа двигателей в переходных ре -жимах [8].

В таблице 5 представлены двигатели общепромышленного применения серии ПН [1] в настоящее время снятые с производства и замененные новой серией 4П. Серия ПН продолжает эксплуатироваться в электроприводах промышленных установок.

Таблица 1 – Технические данные ДПТ независимого возбуждения

Таблица 2 – Технические данные ДПТ независимого возбуждения

Таблица 3– Технические данные ДПТ независимого возбуждения

Таблица 4 – Технические данные ДПТ независимого возбуждения

Таблица 5– Технические данные ДПТ независимого возбуждения

Таблица 6 – Величины расчетных коэффициентов к РГР №1

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Титульный лист РГР №1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

ВСЕМИРНЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра «ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ»

• ⇐ Назад
• 12