Расчет по двигателям. Курсовой проект по Теории электропривода статические и динамические характеристики электроприводов подпись, дата

• Название: Курсовой проект по Теории электропривода статические и динамические характеристики электроприводов подпись, дата
• Дата: 08.02.2023
• Размер: 0.81 Mb.
• Имя файла: Расчет по двигателям.docx
• Тип: Курсовой проект; #927004

^{Липецкий государственный технический университет}

Кафедра электропривода
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по ­­­­­­­­­­­­ Теории электропривода
СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ


подпись, дата
Студент _____________________ _____Горбунов Д. В._____

Группа _______ЭП-09-1_______

Преподаватель


ученая степень, ученое звание

подпись, дата
_________________ __________________ _____Теличко Л.Я._______

Липецк 2012

I. ЭЛЕКТРОПРИВОД С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

1.1.Задание для курсового проекта

Таблица 1. Задание для электропривода с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения (Вариант 1.3).

J	Мс	доп	р
Н·м·с2	Н·м	с-2	с-1
24	230	95	105

М_с– момент статический (активный с реактивной составляющей);

_доп - допустимое ускорение;

_р- рабочая скорость

J - суммарный момент инерции механизма, приведенный к валу двигателя (с учетом момента инерции самого двигателя) при нагрузке M_c1 и M_c2

Цикл работы механизмов состоит из следующих операций: подъем груза с и опускание с . Операции содержат режимы пуска, установившейся работы, предварительно­го понижения скорости и торможения.

1.2. Выбор двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Ориентировочная мощность двигателя:



Частота вращения вала двигателя:



Двигатель выбираем по каталогу [2. Прилож. 7].

Двигатель постоянного тока продолжительного режима типа П, 220 В защищенный, параллельного возбуждения с регулированием частоты вращения 1:2.

Характеристики выбранного двигателя П82:

Номинальная мощность: Р_н = 42 кВт.

Частота вращения вала двигателя: n = 1500 об/мин.

Номинальный ток якоря: I_н = 218 А.

Суммарное сопротивление обмоток якоря и дополнительных полюсов:

при 75˚ С ;

Сопротивление обмотки параллельного возбуждения: r_пар =40,4 Ом.

Число активных проводников якоря: N = 234.

Число параллельных ветвей якоря: 2а = 2.

Момент инерции якоря: J=3,1 кг·м².

Число витков полюса параллельной обмотки: w_пар = 936.

Магнитный поток полюса полезный: Ф = 17,4 мВб.

Номинальный ток возбуждения параллельной обмотки: I_ВН = 3,89 А.

Максимальная допустимая частота вращения: n_max = 2250 об/мин.

Масса двигателя: Q = 435 кг.

1.3. Построение электромеханических характеристик электродвигателя

Построение электромеханических характеристик ω=f(I) электродвигателя осуществляется для следующих схем:

• 
  пуск и разгон в 3 ступени;
  
• 
  с установившейся скорости понижение до 0,2ω_р;
  
• 
  противовключение с установившейся скорости;
  
• 
  пуск в обратном направлении в 3 ступени;
  
• 
  противовключение с установившейся скорости.
  

Все величины сопротивлений резисторов при расчете указаны при 75 ⁰С. На рисунке 1 приведены электрические схемы включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

Рисунок 1. Схемы включения двигателя постоянного тока параллельного возбуждения.

1.4. Расчет номинальных величин:

Номинальная скорость:

.

Постоянная двигателя параллельного возбуждения:

.

Скорость идеального холостого хода:

.

Момент статический при движении в прямом направлении:

.

Момент статический при движении в обратном направлении:

.

Статический ток при движении в прямом направлении:

.

Статический ток при движении в обратном направлении:

.

Естественная характеристика строится по двум точкам:

• 
  I=0 А; ω= ω_о=164,532 с^-1;
  
• 
  I=I_н=218 А; ω=ω_н=157 с^-1.
  

Уравнение естественной электромеханической характеристики:



а) Расчет сопротивлений пусковых резисторов (число ступеней: n=3).

Задаемся пусковым током:

.

Пусковое сопротивление:

.

Отношение сопротивлений смежных ступеней:

.

Ток перехода на следующую ступень:

,

Сопротивления ступеней пускового реостата:



Сопротивления составных частей пускового реостата:



Уравнения электромеханических характеристик при разгоне двигателя:



б) Понижение до 0,2ω_р с установившейся скорости.



Уравнение электромеханической характеристики при шунтировании цепи якоря:



в) Торможение противовключением;

Характеристика при торможении противовключением строится по двум точкам:

• 
  I=0 А; ω= -ω_о= -164,5 рад/c.
  
• 
  I= -I₁ = -545 А; 0,2ωp=21 рад/c.
  

Сопротивление противовключения:
.

Уравнение электромеханической характеристики при торможении противовключением:



г) Пуск в обратном направлении в 3 ступени;

Пуск двигателя при реверсе осуществляется аналогично, только изменяется полярность напряжения питания. Следовательно, характеристики будут аналогичны, но располагаться в III и IV квадрантах.

д) Противовключение с установившейся скорости.

Характеристика при торможении противовключением строится по двум точкам:

• 
  I=0 А; ω= ω_о= 164,5 рад/с.
  
• 
  I= I_пуск = 545 А; ω= ω_c2= -162,2 рад/с
  

Сопротивление противовключения:

.

Уравнение электромеханической характеристики при торможении противовключением:



По результатам, полученным в пункте 1.3 построим электромеханические характеристики работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения в вышеперечисленных режимах (рисунок 2).


Рисунок 2. Электромеханические характеристики двигателя для заданных режимов работы.



Рисунок 2. Электромеханические характеристики двигателя.

1.5. Механические характеристики двигателя при колебаниях напряжения ±20%

1.5.1. Двигатель с независимым возбуждением.



Рисунок 3. Схема включения двигателя.

Номинальное напряжение:

Значение напряжения питания двигателя:

Уравнение механической характеристики:

.

Увеличение напряжения на 20%:

Значение напряжения питания двигателя:

Уравнение механической характеристики:

.

Уменьшение напряжения на 20%:

Значение напряжения питания двигателя:

Уравнение механической характеристики:

.

По результатам, полученным в данном пункте, построим предельные характеристики при изменении напряжения на 20% от номинального значения (рисунок 5).
1.5.2. Двигатель с параллельным возбуждением



Рисунок 4. Схема включения двигателя.

Номинальное напряжение:

Значение напряжения питания двигателя:

Уравнение механической характеристики:



Увеличение напряжения на 20%:

Значение напряжения питания двигателя:

Т.к. величина изменения тока возбуждения равна величине изменения напряжения питания, то по кривой намагничивания [2.Рис.2-14] найдем изменение потока:



Уравнение механической характеристики:

.

Уменьшение напряжения на 20%:

Значение напряжения питания двигателя:

Т.к. величина изменения тока возбуждения равна величине изменения напряжения питания, то по кривой намагничивания [2.Рис.2-14] найдем изменение потока:

.

Уравнение механической характеристики:

.

По результатам, полученным в данном пункте, построим предельные характеристики при изменении напряжения на 20% от номинального значения (рисунок 6).



Рисунок 5. Механические характеристики двигателя независимого возбуждения при изменении напряжения на 20%



Рисунок 6. Механические характеристики двигателя параллельного возбуждения при изменении напряжения на 20%

1.6. Характеристики динамического торможения


Рисунок 7. Схема включения режима ЭДТ.

1.6.1. Построим характеристику динамического торможения (ЭДТ 1) =f(I), обеспечивающую замедление с ускорением не превышающим ^{доп=112с-2;} M_с=0,5M_н; J_Σ=J_дв.



Где М_С=230 Н м;

Ток статический:



Найдем скорость перехода на характеристику динамического торможения:



Найдем момент, который развивает двигатель при переходе с естественной характеристики на характеристику динамического торможения с максимальным ускорением:



Найдем ток, протекающий через двигатель при таком моменте:

.

Найдем параметры резистора при ЭДТ:



Уравнение электромеханической характеристики при ЭДТ :



^1.6.2. Построим характеристику динамического торможения (ЭДТ 2) =f(I), по условию максимального тока ^{Iдоп=2,5Iн;} J_Σ=J_дв.

Максимальный ток якоря: .

Найдем параметры тормозного резистора:

.

Характеристика ЭДТ может быть построена по двум точкам:

• 
  I=0 А; ω= 0 рад/с.
  
• 
  I= -I_пуск = -545 А; ω_перех= 158,6 рад/с.
  

Уравнение электромеханической характеристики при ЭДТ 2 :



По результатам, полученным в этих пунктах, построим характеристики ЭДТ 1 и ЭДТ 2 двигателя (рисунок 8).



Рисунок 8. Электромеханические характеристики ЭДТ.

1.7. Исследование двухмассовой ЭМС.



Рисунок 9. Схема двухмассовой ЭМС.

Здесь М_с1=0; J₁=J_дв=3,1 кг·м²; J₂=2,7J_дв= 8,37 кг·м²; ; M_с2=M_с

Жесткость упругой механической связи можно рассчитать из следующего соотношения:





Рисунок 10. Структурная схема двухмассовой ЭМС.

Передаточная функция модели:



Амплитудно-фазовая частотная характеристика:



Амплитудная частотная характеристика:



По полученному уравнению строим АЧХ при воздействии возмущения на вал механизма (рисунок 11).

АЧХ показывает, что при малых частотах воздействия момента амплитуда скорости стремится к бесконечности и при дальнейшем увеличении ω амплитуда резко падает. Но при подходе ω к частоте собственных колебаний двухмассовой системы Ω12=1 рад/с амплитуда резко возрастает и устремляется к бесконечности. При дальнейшем увеличении частоты амплитуда резко падает и приближается к 0.

Таким образом, двухмассовая система вызывает дополнительные нагрузки, и даже без зазора вызывает резонанс.



Рисунок 11. Амплитудно-частотная характеристика двухмассовой ЭМС.
1.8. Механическая характеристика разомкнутой системы УП-Д.
Рисунок 12. Схема включения системы УП-Д.

1.8.1. Механическая характеристика разомкнутой системы УП-Д, для e_п=220 В и внутреннем сопротивлении управляемого преобразователя rп=1,8∙rдв75= 0,083 Ом.

Уравнение механической характеристики в общем виде:

.

При М=0:

.

При М=M_н=I_нkФ_н =218·1,337=291,5 Н·м:

.

Уравнение механической характеристики:



Строим график механической характеристики в режиме УП-Д при e_п=220 В (рисунок 13).

1.8.2. Механическая характеристика разомкнутой системы УП-Д, для e_п=110 В и внутреннем сопротивлении управляемого преобразователя rп=1,8∙rдв75=0,083 Ом.

Уравнение механической характеристики в общем виде:

.

При М=0:

.

При М=M_н= M_с=230 Н·м:

.

Уравнение механической характеристики:



Строим график механической характеристики в режиме УП-Д при e_п=110 В (рисунок 13).

Рисунок 13. Механическая характеристика разомкнутой системы УП-Д

УП-Д



II. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ.

Типоразмер электродвигателя		Энергетические показатели						Механическая характеристика				Параметры схемы замещения, о.е						Момент инерции
		КПД %						mk										J, кг∙м3
Синхронная частота вращения 1500 об/мин
4АНК280М4У3	160	92,5	0,88		330		300		2,0	2,6	10,7		3,3	0,024	0,12	0,028	0,14		0,65

Таблица 2. Исходные данные (Вариант 1.3).

2.1. Определение параметров АД.

Номинальная скорость:



Номинальный момент на валу двигателя:



Номинальный электромагнитный момент:



Номинальное сопротивление ротора:



Номинальный фазный ток статора определяется по формуле:



Найдем сопротивления статора и ротора из относительных значений:









Значение реактивного сопротивления короткого замыкания:



Зная значения сопротивлений статора, ротора, короткого замыкания, уточняем значение максимального электромагнитного момента:





Таблица 3. Абсолютные значения сопротивлений.

0,018	0,021	0,089	0,103	0,192

Дальнейший расчет ведем по расчетным значениям сопротивлений.
2.2. Расчет и построение механических и электромеханических характеристик

2.2.1. Естественные механические и электромеханические характеристики.

Расчет механической характеристики ведем по формуле Клосса:





Расчет электромеханической характеристики ведем в соответствии со схемой замещения асинхронного двигателя.



2.2.2. Реостатные механические и электромеханические характеристики.



Необходимое значение сопротивления найдем из условия:

где:





Расчет критического скольжения:



Расчет механической характеристики с введением добавочного сопротивления:





Расчет электромеханической характеристики:





Рисунок 14. Естественная и реостатная механические характеристики



Рисунок 15. Естественная и реостатная электромеханические характеристики

3.2.3. Пуск асинхронного двигателя в 3 ступени

Расчет пусковых сопротивлений производится аналитическим методом.

Зададимся значением переключающего момента:



Найдем соотношение пиков момента к моментам перекючения:



Проверяем пиковые моменты:



Определяем сопротивления цепей:







Сопротивления пускового реостата по ступеням:







Пусковая диаграмма приведена на рисунке 16.



Рисунок 16. Пусковая диаграмма

3.3. ПОСТРОЕНИЕ ГРАНИЧНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ЧАСТОТНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ С M=const В ДИАПАЗОНЕ 10:1

Приближенный закон регулирования напряжения при изменении частоты вытекает из формулы критического момента:



Выбирая соответствующие напряжения, следуя данному закону, строим механические характеристики для f=50 Гц, f=75 Гц и f=100 Гц по формулам:

,

;

Электромеханические характеристики построим по формулам:



Данные характеристики представлены на рисунках 17 и 18.



Рисунок 17. Механические характеристики частотного регулирования



Рисунок 18. Электромеханические характеристики при частотном регулировании
3.3. ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ИЗМЕНЕНИИ НАПРЯЖЕНИЯ.

Построим механические характеристики при изменении напряжения:

U₁=U_ном; U'₁=0,7U_ном; U''₁=0,5U_ном;

Для построения характеристик воспользуемся следующими формулами:





Построенная характеристика приведена на рисунке 19.


Рисунок 19. Электромеханические характеристики при изменении напряжения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. 
   Теличко Л.Я Методические указания к курсовому проекту по дисциплине «Теория электропривода». Липецк: ЛГТУ, 2001. 24 с.
   
2. 
   Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.: Энергия, 1977. 432с., ил.
   
3. 
   Москаленко В.В. Электрический привод - М.: Высшая школа, 1991. 430 с.
   
4. 
   Чиликин М.Г., Ключев В.И. Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979.- 616с., ил.
   
5. 
   Ключев В.И., Терехов В.М. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов. М.: Энергия, 1980. 360с., ил.
   
6. 
   Чиликин М.Г., Соколов М.М., Терехов В.М. Основы автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974.- 568с., ил.
   
7. 
   Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: РАСХН, 2003.- 320с., ил.