Востриков насосные. Курсовая работа по дисциплине Электрические машины и электропривод Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов
 Скачать 3.82 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра «Электротехника» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине: «Электрические машины и электропривод» «Расчет энергетических показателей электроприводов типовых технологических процессов» Вариант:023 Выполнил: Студент группы ПСЖД-02 Востриков Проверил: Буштрук Т.Н. Самара 2023 Введение Электрические машины постоянного тока (генераторы и двигатели) широко применяют в производстве, городском и железнодорожном транспорте. Наибольшее применение нашли двигатели постоянного тока (ДПТ), диапазон мощности которых достаточно широк: от долей ватта (привод устройств автоматики) до нескольких тысяч киловатт (привод прокатных станов, шахтных подъемников и др.). Основное достоинство двигателей в возможности плавного регулирования частоты вращения и получения больших пусковых моментов. Электрические ДПТ применяют в качестве тяговых двигателей на электрическом транспорте и для привода различных производственных установок. Генераторы постоянного тока общего применения в настоящее время используются реже, чем электродвигатели, поскольку значительное распространение получают ионные и полупроводниковые преобразователи. Двигатели постоянного тока широко используются в электрической тяге, в приводе подъемных устройств, для привода металлорежущих станков. Мощные двигатели постоянного тока применяются для привода прокатных станов и на судах для вращения гребных винтов. Постоянный ток для питания двигателей получается с помощью генераторов постоянного тока или выпрямительных установок, преобразующих переменный ток в постоянный. Генераторы постоянного тока являются источником питания для промышленных установок, потребляющих постоянный ток низкого напряжения (электролизные и гальванические установки). Питание обмоток возбуждения мощных синхронных генераторов осуществляется во многих случаях от генераторов постоянного тока (возбудителей). В зависимости от схемы питания обмотки возбуждения машины постоянного тока разделяются на несколько типов (с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением). Ежегодный выпуск машин постоянного тока в РФ значительно меньше выпуска машин переменного тока, что обусловлено дороговизной двигателей постоянного тока. Содержание Введение. 1. Электрические машины 1.1 Виды ЭМ. Принцип действия ЭМ. Устройства ЭМ. 1.2 Электрические машины постоянного тока. 1.2.1 Магнитная цепь МПТ. 1.2.2 Расчет магнитной цепи МПТ в ПО ”Ротор”. 1.2.3 Расчет коэффициента насыщения магнитной цепи МПТ. 1.3 Заключение 2. Электропривод. 2.1 Краткие теоретические сведения по основам электропривода 2.2 Примеры отраслевых систем электроприводов 3.Типовые технологические процессы железнодорожной отрасли 4. Проектирование систем электропривода насосной установки 4.1. Расчет циклической мощности электродвигателя НУ. 4.1.1. Расчёт циклической мощности приводного электродвигателя насосной установки в программе «Электропривод» 4.2. Построение циклограммы нагрузки и определение режима работы приводного электродвигателя. 4.3 Расчёт эквивалентной мощности электродвигателя системы электродвигателя насосной установки 4.3.1 Расчёт эквивалентной мощности при длительном режиме работы в программе «Электропривод» 4.4 Выбор типоразмера электродвигателя насосной установки 4.5 Проверка на перегрузочною способность электродвигателя насосной установки 4.6 Расчёт сечения жилы и выбор марки кабеля для электропитания двигателя насосной установки 5. Исследование устойчивости система электропривода насосной установки в среде “VisSim” 5.1 Разработка функциональной схемы системы ЭП насосной установки 5.2 Разработка структурной схемы системы ЭП насосной установки 5.3 Моделирование системы ЭП в среде “VisSim” 5.4 Заключение 6. Вывод по курсовой работе Библиографический список 1. Электрические машины Электрическая энергия обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами энергии. Это определяет ее повсеместное использование. Одно из основных преимуществ – возможность эффективного преобразования в механическую энергию, а также возможность преобразования механической энергии в электрическую. Это осуществляется посредством электромеханических преобразователей, среди которых наиболее важное место занимают электрические машины. Электрические машины – это устройства, преобразующие электрическую энергию в механическую, либо механическую энергию в электрическую.  В первом случае такая электрическая машина называется электрическим двигателем, во втором – генератором электроэнергии.Рисунок 1. Преобразование энергии в электрической машине Электрические машины обладают свойством обратимости. Это означает, что одна и та же машина может работать как электродвигателем, так и генератором. Если вращать вал электрической машины, то на зажимах ее электрической обмотки создается разность электрических потенциалов, а при подключенном электроприемнике возникает электрический ток. Таким образом эта машина преобразует механическую энергию в электрическую, т.е. является генератором электроэнергии. С другой стороны, если электрическую обмотку 4 этой машины подключить к источнику электроэнергии, то в результате происходящих в ней процессов создается электромагнитный вращающий момент, под действием которого вал машины вращается и вращает приводной механизм. В этом случае машина преобразует электрическую энергию в механическую, т.е. является электрическим двигателем. В основе работы электрических машин лежат проявления магнитного поля. В частности, электромагнитный вращающий момент возникает при взаимодействии магнитного поля, создаваемого в электрической машине, с электрической обмоткой, в которой замыкается ток (силовое действие магнитного поля). При работе электрической машины ее обмотки перемещаются относительно магнитного поля. При этом в обмотках индуцируется ЭДС (индукционное действие магнитного поля). Совместное действие этих проявлений магнитного поля определяет свойства и характеристики электрической машины. Таким образом, в основе конструкции электрических машин лежит магнитная цепь, в которой формируется магнитное поле определенной интенсивности и необходимым образом распределенное в пространстве. Характер магнитного поля, создаваемого в электрической машине, может быть разным. Магнитное поле может быть постоянным, создаваться постоянным магнитом или электрической обмоткой с постоянным током. Магнитное поле может быть переменным, создаваться неподвижной электрической обмоткой с переменным током, либо обмоткой с постоянным током, расположенной на вращающейся части электрической машины. Ток в электрической обмотке, которая взаимодействует с магнитным полем, также может быть постоянным либо переменным. В зависимости от характера магнитного поля, конфигурации магнитопровода магнитной цепи машины, характера электрического тока в ее обмотках все электрические машины можно разделить на типы: 1. Электрические машины постоянного тока; 2. Асинхронные электрические машины; 3. Синхронные электрические машины; 4. Специальные электрические машины. В электрических машинах постоянного тока магнитное поле создается обмоткой возбуждения с постоянным электрическим током. Это магнитное поле определенным образом распределено в пространстве и неизменно во времени (рисунок 2, а).  Рисунок 2. Магнитные цепи электрических машин 1 – машина постоянного тока; 2 – асинхронный двигатель; 3 – синхронная машина. В асинхронном электродвигателе (рисунок 2, б) магнитное поле создается неподвижной трехфазной электрической обмоткой с трехфазным электрическим током. Такое магнитное поле равномерно вращается в пространстве. Вращающееся магнитное поле, взаимодействуя со второй обмоткой, расположенной на роторе, создает вращающий электромагнитный момент, под действием которого совершается механическая работа. В синхронной электрической машине (рисунок 2, в) магнитное поле создается обмоткой возбуждения с постоянным током, расположенной на вращающейся части. При этом постоянное магнитное поле вращается вместе с якорем и взаимодействует с неподвижной трехфазной электрической обмоткой, находящейся на статоре синхронной машины. К специальным электрическим машинам можно отнести такие, в которых создание магнитного поля и конструкция обмоток существенно отличаются от предыдущих типов машин. 1.1 Виды ЭМ. Принцип действия ЭМ. Устройства ЭМ Чтобы привести в движение любой исполнительный механизм, нужен двигатель, преобразующий какой-либо вид энергии в механическую, а также система механических передач между валом двигателя и исполнительным механизмом. До конца XIX века в промышленности использовали в основном паровые и водяные двигатели. В настоящее время они практически полностью вытеснены электродвигателями. Применение электродвигателей для привода в движение исполнительных механизмов (бытовой и промышленной аппаратуры) обусловлено рядом их преимуществ перед другими двигателями. Среди этих преимуществ можно отметить возможность изготовления электродвигателей любой мощности, простоту устройства и управления, надежность эксплуатации, возможность автоматизации. Электрические машины подразделяются на два вида. Те, которые преобразовывают электрическую энергию в механическую, называются двигателями. Машины, трансформирующие механическую энергию в электрическую, называются генераторами. Действие двигателей и генераторов основано на явлении электромагнитной индукции. Генераторы переменного тока Как уже говорилось выше, генераторы преобразовывают механическую энергию в электрическую. Вращающийся ротор генератора расположен в магнитном поле, на его поверхности выполнена обмотка, в которой индуцируется ЭДС. Если к концам обмотки присоединить резистор, то в нем возникнет ток. Это описание принципа действия простейшего генератора переменного тока. Но устройство данного типа электрической машины должно быть намного сложнее, потому что с его клемм берется довольно высокое напряжение. В связи с этим нужно выполнять большое количество витков обмотки и специальным способом соединять их между собой. Однако при неподвижном индукторе и вращающихся витках эксплуатация генератора становится громоздкой и неудобной. Данное явление происходит потому, что при помощи подвижных контактов весьма проблематично забирать от генератора выработанную энергию, поскольку ток имеет высокое напряжение, из-за которого контакты начинают искрить. В связи с этим в генераторах переменного тока обмотка выполняется неподвижной, а вращается индуктор. Неподвижная часть машины стала называться статор, а подвижная — ротор.  Обычно статор изготавливают из листовой стали. Это делается для того, чтобы погасить вихревые токи. На магнитные полюса ротора устанавливают обмотки, проводящие электрический ток, который подводят к обмоткам через щетки и кольца от внешнего источника тока. Частота тока, вырабатываемого генератором переменного тока, составляет 50 Гц.Рисунок 3. Схематическое устройство однофазного 4-полюсного генератора переменного тока. Генератор с вращающимися магнитными полюсами и неподвижным статором. Генераторы постоянного тока Данные машины — это простые индукционные генераторы, имеющие коллектор. Коллектор преобразовывает переменное напряжение на щетках в постоянное.  Рисунок 4. Устройство электрической машины постоянного тока.Асинхронные электродвигатели Устройство асинхронного электродвигателя основано на вращающемся магнитном поле. Электродвигатель, в котором вращающееся магнитное поле взаимодействует с током в обмотках ротора, выработанным этим же магнитным полем, называется асинхронным (неодновременный). Трехфазные асинхронные двигатели имеют 2 основные части: неподвижную — статор и подвижную — ротор. Чтобы увеличить вращающий момент двигателя и уменьшить потери энергии, которая тратится на нагрев двигателя, необходимо создать такие условия, при каких токи будут индуцироваться не во всей толще ротора, а только на его поверхности. Для этих целей ротор изготавливают не в виде сплошного цилиндра, а из стальных листов, изолированных друг от друга. Данные листы выполняются с пазами, в которые укладывают медные или алюминиевые прутки. Концы этих прутков впаиваются в кольца. Ротор становится похожим на беличье колесо, вследствие чего этот вид роторной обмотки и назвали именно так — беличье колесо. Из-за такого способа изготовления ротор становится короткозамкнутым. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором — это самый простой электродвигатель, широко применяющийся в промышленности и быту.  Рисунок 5. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором: 1 – вал ротора; 2, 4 – крышки подшипника; 3 – подшипник; 5 – корпус; 6, 7, 12 – обмотка, сердечник и выходы статора; 8, 13 – ротор и его обмотка; 9 – вентилятор; 10 – кожух; 11 – коробка выходов. Электродвигатель постоянного тока Простой электрический двигатель служит для превращения электрической энергии в механическую. Его действие основано на движении проводника с током в постоянном магнитном поле. Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается при помощи сильного электромагнита, который получает ток от того же источника, что и обмотки якоря. Пока есть электрический ток, якорь будет вращаться. Если на ось якоря посадить шкив или соединить ось якоря с осью какой-нибудь машины, можно вращение якоря использовать для привода этой машины в движение. То есть за счет электрической энергии будет выполняться механическая работа.  Рисунок 6. Схема электромотора с многообмоточным якорем.1.2 Электрические машины постоянного тока В электрической машине постоянного тока (МПТ) осуществляется преобразование электрической энергии постоянного тока в механическую энергию (двигатель постоянного тока), или наоборот (генератор постоянного тока). Электрические машины постоянного тока обладают принципом обратимости. Поэтому конструкция двигателя постоянного тока (ДПТ) принципиально не отличается от конструкции генератора постоянного тока (ГПТ). Конструкция машин постоянного тока На рисунке 7 показа типичная конструкция машины постоянного тока общепромышленного применения. Основными частями машины постоянного тока являются статор и ротор. Статор – неподвижная часть машины, ротор – вращающаяся. Схематичное изображение машины постоянного тока показано на рисунке 8. Статор состоит из станины 1, представляющий собой стальной полый цилиндр, являющейся механическим остовом машины и одновременно служащей частью магнитопровода. К внутренней поверхности станины крепятся главные полюсы 2 с обмоткой возбуждения (ОВ) 3. Катушки обмотки возбуждения, расположенные на главных полюсах, включаются так, чтобы северные и южные полюсы чередовались. Между главными полюсами могут располагаться дополнительные полюсы 4, служащие для улучшения характеристик машины. Обмотка дополнительных полюсов включается в цепь ротора (якоря) МПТ. Общий вид статора машины постоянного тока малой мощности показан на рисунке 9. небольшим воздушным зазором. Станина, полюсы и сердечник якоря образуют магнитную цепь, по которой замыкается магнитный поток машины. На рисунке 8 показаны две силовые линии магнитного поля.  Рисунок 7. Конструкция электрической машины постоянного тока. 1-станина; 2-полюс; 3-обмотка возбуждения; 4-дополнительный полюс; 5-якорь; 6-обмотка якоря; 7-коллектор; 8-обмотка дополнительных полюсов; 9-щетки; 11-щеткодержатель; 12-подшипниковый щит; 13-подшипник; 14-вал; 15-вентилятор; 16-рым-болт; 17-клеммная коробка.  Рисунок 8. Электрическая машина постоянного тока.  Рисунок 9. Статор машины постоянного тока. 1 – обмотка возбуждения; 2 – полюс статора; 3 – станина.  Для соединения обмотки вращающегося якоря с внешней электрической цепью и коммутации тока якоря служит щеточно-коллекторный узел 7. Как показано на рисунке 9, цилиндрический коллектор состоит из отдельных медных коллекторных пластин 1, изолированных друг от друга. Каждая пластина коллектора соединена с соответствующей секцией обмотки якоря. Коллектор крепится на валу машины и вращается вместе с якорем.Рисунок 10. Коллектор машины постоянного тока.  К наружной поверхности коллектора прижимаются неподвижные электрические щетки 2, установленные в щеткодержателях. Во время работы машины коллектор скользит по щеткам, обеспечивая скользящий электрический контакт. Общий вид якоря машины постоянного тока малой мощности показан на рисунке 11.Рисунок 11. Якорь машины постоянного тока. 1 – сердечник якоря с обмоткой; 2 – коллектор; 3 – подшипник; 4 – вал. |