Электропривод и основы автоматизации. Контрольная работа дисциплина Электрический привод
 Скачать 0.64 Mb.
|
|
Контрольная работа дисциплина «Электрический привод» Вариант 8 Казань 2021 г. 2 Задание №1 Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) с заданными величинами номинального напряжения питания якоря U Н , номинального тока якоря I Н , номинальной скорости вращения n н и сопротивления якоря R Я : а) Построить естественные механическую и электромеханическую характеристики; б) Построить реостатную механическую характеристику через точку с заданными значениями координат (М Т = k 1 ·M H и ω т = k 2 ·ω н ). Определить графически величину дополнительного сопротивления в цепи якоря R д в) Построить искусственную механическую характеристику регулирования скорости изменением напряжения на обмотке якоря через точку с заданными значениями координат (М Т = k 1 ·M H и ω т = k 2 ·ω н ). Аналитически определить напряжение на обмотке якоря при этом. При расчётах активным сопротивлением тиристорного преобразователя пренебречь. Вариант P н , кВт Uн,B I н,А R Я , Ом , об/мин k 1 k 2 8 22 220 114,3 0,076 900 1,2 0,6 Решение: а) 1. Определяем номинальную угловую скорость: 2. Находим коэффициент : 3. Определяем угловую скорость идеального холостого хода: 4. Вычисляем ток короткого замыкания: 5. Определяем номинальный электромагнитный момент: 6. Находим электромагнитный момент короткого замыкания: 3 После этого в координатах ток якоря I - угловая скорость ω строим естественную электромеханическую характеристику (проводим прямую линию) через две точки: 1-ая точка – I = 0, ; 2-ая точка – , ω = 0 (смотри рисунок 1). Затем из точки на оси абсцисс проводим вертикальную линию, а из точки на оси ординат проводим горизонтальную линию. Точка пересечения этих прямых представляет собой точку номинального режима и должна лежать на прямой естественной электромеханической характеристики. Рисунок 1. Естественная электромеханическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Естественная механическая характеристика строится в координатах электромагнитный момент М – угловая скорость ω через две точки: 1-ая точка – М = 0, ; 2-ая точка – ω = 0, (смотри рисунок 2 – прямая А). Затем находится точка номинального режима , , которая должна попасть на прямую А естественной механической характеристики, как показано на рисунке 2. 4 Рисунок 2. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения: А – естественная; Б – реостатная. б) Схема включения ДПТ НВ при реостатном регулировании скорости приведена на рисунке 3. Рисунок 3. Схема включения ДПТ НВ при реостатном регулировании скорости. 1. Определяем координаты точки: 2. Через эту точку проводим реостатную механическую характеристику (смотри рисунок 2. – прямая Б). Точку пересечения этой характеристики с осью 5 абсцисс обозначаем «с». Затем проводим горизонтальную линию , а из точки «с» проводим вертикальную линию. Точку пересечения вертикальной и горизонтальной линий обозначаем «а»; точку пересечения вертикальной линии с прямой естественной механической характеристики обозначаем «b». 3. Длина отрезка ab пропорциональна сопротивлению якоря R Я , а длина отрезка bc пропорциональна величине дополнительного сопротивления R д Измеряем с помощью линейки отрезки ab и bc: , Определяем величину дополнительного сопротивления: в) Схема включения ДПТ НВ при регулировании скорости изменением напряжения на обмотке якоря приведена на рисунке 4. Рисунок 4. Схема включения ДПТ НВ при регулировании скорости изменением напряжения на обмотке якоря. В качестве управляемого преобразователя УП используется тиристорный преобразователь ТП, то есть управляемый выпрямитель, который выпрямляет переменное напряжение питающей сети в регулируемую постоянную ЭДС Е п Если пренебречь активным сопротивлением тиристорного преобразователя R п , то ЭДС преобразователя Е п равно напряжению на якоре двигателя U: Е п = U. Изменяя напряжение задания преобразователя U вх = U з регулируют напряжение на якоре двигателя, таким образом изменяя его скорость. Данная регулировочная механическая характеристика, как и естественная 6 механическая характеристика, представляет собой прямую, поэтому для построения ее необходимо знать две точки: точку, через которую должна пройти регулировочная характеристика, и точку идеального холостого хода на этой характеристике. Найдём их. 1. Координаты точки, через которую должна пройти регулировочная характеристика: 2. Определим скорость идеального холостого хода на регулировочной механической характеристике ω ои , которая равна сумме скорости ω т и падения скорости под нагрузкой : . Так как по условиям задачи сопротивлением тиристорного преобразователя можно пренебречь, то построенная искусственная характеристика должна пройти параллельно естественной механической характеристике, то есть иметь такой же наклон, как показано на рисунке 5. Поэтому падение скорости под нагрузкой одно и то же, как на естественной механической характеристике, так и на регулировочной механической характеристике. Определим это падение скорости под нагрузкой . Так механическая характеристика ДПТ НВ представляет собой прямую, то исходя из пропорции можно записать: , где падение скорости под нагрузкой: Тогда скорость идеального холостого хода на регулировочной механической характеристике: Далее строим регулировочную характеристику, которая строится в координатах электромагнитный момент М – угловая скорость ω через две точки: 1-ая точка – М = 0, , 2-ая точка – , (смотри рисунок 5. – прямая Б). 7 Рисунок 5. Механические характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения: А – естественная; Б – регулировочная. 3. Определим напряжение U, которое должно быть на выходе тиристорного преобразователя и подаваться на обмотку якоря, чтобы регулировочная характеристика проходила через требуемую точку. Cкорость идеального холостого хода на механической характеристике прямо пропорциональна напряжению на обмотке якоря, поэтому Задание №2 а) Для асинхронного двигателя с фазным ротором с заданными величинами номинальной мощности P Н , номинальной скорости вращения n н , кратностью критического момента и активного сопротивления ротора R 2 : 1) Построить естественные механическую и электромеханическую характеристики; 2) Построить реостатные механическую и электромеханическую характеристики при дополнительном сопротивлении в цепи ротора R Д = k 1 R 2 Исходные данные для каждого варианта приведены в табл. 8 б) Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с U 1н = 380 В, f 1Н = 50 Гц и с заданными величинами номинальной мощности P Н , номинальной скорости вращения n н , кратностью критического момента : 1) Построить естественную механическую характеристику; 2) Построить искусственную механическую характеристику при частотном регулировании так, чтобы она проходила через точку с заданными значениями координат (М Т = k 2 ·M H и s ти = k 3 ) 3) Определить частоту f 1и и величину питающего напряжения U 1и , которое должны быть на статоре при этом. Исходные данные для каждого варианта приведены в табл. Вариант P н , кВт , об/мин R 2 , Ом = М К /М Н k 1 k 2 k 3 8 170 577 0,02 2,6 0,8 0,5 0,7 Решение: Схема включения АД с ФР приведена на рисунке 1. Рисунок 1. Схема включения АД с ФР. Естественные характеристики. Определяем номинальную угловую скорость: Определяем номинальный электромагнитный момент: Для определения угловой скорости идеального холостого хода ω 0 необходимо сначала выбрать значение скорости вращения n 0 (в ). Величина n 0 9 выбирается как большее ближайшее к n н из ряда: 3000, 1500, 1000, 750, 600, … Выбираем , так как Определяем угловую скорость идеального холостого хода: Определяем номинальное скольжение: Используя значение кратности критического момента , определяем: Определяем критическое скольжение естественной характеристики: Значения электромагнитного момента М при разных скольжениях s получаем из упрощенного уравнения механической характеристики (упрощенная формула Клосса): Вычисляем значения М и при s от 0 до 1 и составляем таблицу 1. Таблица 1. s 0 0,1 0,192 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 M 0 5999,9 7315,1 7308,4 6637,7 5701,3 4889,7 4240,8 3726,5 3314,9 2980,5 По полученным значениям М строим естественную механическую характеристику, представляющую собой взаимосвязь электромагнитного момента асинхронного двигателя М и скольжения s, изображенную на рисунке 3 (кривая А). При построении характеристики необходимо учесть, что при критическом скольжении s = s ке = 0,192 значение момента максимально и равно М К = 7315,1 Н·м. Электромеханическая характеристика асинхронного двигателя — это зависимость тока статора I 1 от скольжения s. Но иногда для упрощения электромеханическую характеристику строят как зависимость тока ротора I 2 от скольжения s. Поступим так же. Для построения естественной электромеханической характеристики воспользуемся формулой: 10 Вычисление значений тока I 2 производится с использованием данных таблицы 1. Для значений s от 0 до 1 берутся полученные значения момента М и подставляются в вышеприведенную формулу. Вычисляем значения I 2 и составляем таблицу 2. Таблица 2. s 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 I 2 0 792,7 1237,2 1444,1 1545,4 1600,1 1632,3 1652,8 1666,4 1676,0 1683,0 По полученным значениям I 2 строим естественную электромеханическую характеристику, изображенную на рисунке 2 (кривая А). Рисунок 2. Электромеханические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором: А– естественная; Б – реостатная. 2) Реостатные характеристики. Находим величину дополнительного сопротивления: Определяем критическое скольжение реостатной механической характеристики: Значения электромагнитного момента М при разных скольжениях s для реостатной механической характеристики получаем по упрощенной формуле 11 Клосса: Значения тока I 2 для реостатной электромеханической характеристики вычисляются по формуле: Результаты вычислений М и I 2 для значений s от 0 до 1 заносим в таблицу 3. Таблица 3. s 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 M 0 3911,9 6347,9 7244,2 7235,8 6838,8 6322,1 5801,4 5319,9 4889,7 4510,5 I 2 0 477,1 859,4 1124,4 1297,6 1410,4 1485,5 1537,1 1573,5 1600,1 1619,9 По полученным значениям М и I 2 строим реостатную механическую характеристику (рисунок 3, кривая Б) и реостатную электромеханическую характеристику (рисунок 2, кривая Б). Рисунок 3. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором: А – естественная; Б – реостатная. б) 1. Схема включения АД с КЗР приведена на рисунке 4. 12 Рисунок 4 Схема включения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Поскольку номинальная мощность P Н ; номинальная скорость вращения n н и кратность критического момента = рассматриваемого АД с КЗР совпадают с соответствующими данными АД с ФР, рассмотренного в пункте а) данной задачи, то и естественные механические характеристики этих двух двигателей одинаковы. Поэтому воспользуемся естественной механической характеристикой асинхронного электродвигателя, построенного в пункте, а) данной задачи. Эта естественная механическая характеристика показана на рисунке 5, кривая А. 2) При частотном регулировании скорости АД ниже естественной регулировочные характеристики проходят параллельно естественной. Определим скольжение идеального холостого хода и критическое скольжение s кр этой регулировочной характеристики учитывая, что она должна пройти через точку , Для определения скольжения идеального холостого хода s 0и этой регулировочной характеристики воспользуемся следующими рассуждениями. Будем считать механические характеристик АД (и естественную и регулировочную) линейными на участке от точки ИХХ до точки номинальной нагрузки M H . Тогда можно считать, что на естественной характеристике скольжение s те при нагрузке М Т будет равно: Так как механические характеристики параллельны, то 13 Критическое скольжение s ки этой регулировочной характеристики: По рассчитанным точкам построим эту регулировочную механическую характеристику, показанную на рисунке 5, кривая Б. Рисунок 5. Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором А – естественная, Б – искусственная при регулировании частоты. 3) Определим частоту и величину питающего напряжения, которое должны быть на статоре при таком частотном регулировании. При этом исходим из того, что скорость ИХХ на механической характеристике пропорциональна частоте питающего напряжения. Скорость ИХХ на естественной характеристике составляет: Скорость ИХХ на регулировочной характеристике составляет: Тогда частота питающего напряжения на этой характеристике: 14 Аналогично величина питающего напряжения на этой характеристике: |