Методические указания к контрольной работе по дисциплине Электрические машины Рыбинск Методические указания разработаны для студентов специальности 140400 Они предназначены для использования по курсу Электрические машины
 Скачать 381.35 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ Рыбинский государственнй авиационный технический университет (РГАТУ им П.А.Соловьева) Расчет пусковых и тормозных сопротивлений двигателей постоянного тока при реостатном пуске и электромагнитном торможении Методические указания к контрольной работе по дисциплине «Электрические машины Рыбинск Методические указания разработаны для студентов специальности 140400 Они предназначены для использования по курсу «Электрические машины» при выполнении контрольной работы по расчету пусковых и тормозных резисторов с двигателями постоянного тока. Указания содержат рекомендации по расчету сопротивлений пусковых и тормозных резисторов, а также по оформлению курсовой работы. ВВЕДЕНИЕ ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ При разработке необходимо предусмотреть возможность запуска двигателя в несколько ступеней и остановку электрическим торможением. Вид двигателя, число ступеней т пуска, вид торможения задаются преподавателем в задании на курсовую работу. Запуск двигателя производится под нагрузкой Р1, затем следует работа на естественной характеристике под нагрузкой в соответствии с графиком P(t). Торможение двигателя осуществляется на холостом ходу, причем двигатель переключается на тормозной режим сразу после окончания последней ступени нагрузки. Момент инерции механизма J  , приведенный к валу двигателя, принимается равным 2Jдв.Задания на курсовую работу выдаются преподавателем. Варианты нагрузочной диаграммы приведены в приложении 1. Курсовая работа должна включать в себя: построение нагрузочной диаграммы по исходным данным; расчет мощности и выбор двигателя по каталогу; расчет и построение естественных электромеханической =f(I) и механической =f(M) характеристик; расчет сопротивлений пусковых резисторов и резисторов торможения; 4) заключение. 1. ПОСТРОЕНИЕ НАГРУЗОЧНОЙ ДИАГРАММЫ. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Исходной информацией для расчета и выбора мощности двигателя является нагрузочная диаграмма механизма P(t), данные для которой приведены в задании. Пример нагрузочной диаграммы изображен на рис.1.1.  Рис. 1.1. Нагрузочная диаграмма Расчет требуемой мощности двигателя производится по эквивалентной мощности за время работы электропривода по формуле:  (1.1)где: Рi – мощность i-й нагрузки (i=1,…, n);  – время работы при i-й нагрузке.Двигатель, предназначенный для повторно-кратковременного режима, характеризуется относительной продолжительностью включения ПВ. Расчетная продолжительность включения двигателя, соответствующая нагрузочной диаграмме, определяется выражением ПВрасч=tp /(tp+ tо) 100%= tp / tЦ 100%, (1.2) где tp – время работы под нагрузкой, tp=t1+t2++tn (n- номер последней ступени нагрузки; tо – время паузы (отключения) двигателя; tЦ– время рабочего цикла. Для повторно-кратковременного режима работы выпускаются специальные серии двигателей. В каталогах на них указывается номинальная мощность РН при нормативной (стандартной) продолжительности включения ПВСТ=15, 25, 40,60 и 100%. Длительность рабочего цикла tЦ для них не должна превышать 10 мин, в противном случае двигатель считается работающим в продолжительном режиме. Если ПВрасч ПВСТ при выборе мощности двигателя по каталогу необходимо учесть его стандартную продолжительность включения ПВсти пересчитать значение эквивалентной мощности по формуле  . (1.3)Затем по приложению 2 выбирается двигатель из условия, что  . В зависимости от задания выбирается двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) наименования всех величин. В табл. П2.1–П2.6 для ДПТ НВ приведены следующие величины: ПВ – продолжительность включения двигателя в рабочем цикле; РН – номинальная мощность на валу; пН – номинальная частота вращения ротора; IН – номинальный ток якорной цепи; UН – номинальное напряжение якорной цепи;RЯ+RДП – сумма сопротивлений обмоток якоря и дополнительных полюсов; RВ – сопротивление обмотки возбуждения (сопротивления всех обмоток даны при температуре 20 0С); IВН – номинальный ток возбуждения; Jдв – момент инерции ротора двигателя. Номинальное напряжение цепи возбуждения UНВ равно UН.2. ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Для выбранного типа двигателя следует привести каталожные данные и другие величины, указанные в задании на курсовую работу (КР), с их наименованиями. 2.1. Расчет и построение естественных электромеханической =f(I) и механической =f(M) характеристик Данные зависимости описываются следующими выражениями:  (2.1) , (2.2)где  – номинальное напряжение двигателя; – произведение конструктивного коэффициента двигателя постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) и номинального магнитного потока;  – ток в цепи обмотки якоря; М – электромагнитный момент, развиваемый двигателем, М=кФН*I; (2.3)  – внутреннее сопротивление двигателя.2.1.1. Произведение определяется по паспортным данным двигателя из уравнения (2.1) при I=IН и=Н , (2.4)где Н – номинальное значение угловой скорости вращения двигателя, связанное с номинальной частотой вращения соотношением  . (2.5)2.1.2. Внутреннее сопротивление цепи якоря ДПТ НВ, приведенное к расчетной температуре, определяется по формуле  , (2.6)где  – сопротивление обмотки якоря при температуре tЗ; – сопротивление обмотки дополнительных полюсов при температуре tЗ; – расчетная рабочая температура (в данном случае  ); – температура, при которой задаются сопротивления ( или ); значения обычно указаны в примечаниях к таблице с каталожными данными двигателя; – сопротивление щеточных контактов ( - падение напряжения на щетках, значение которого принимают равным 2 В).2.1.3. Поскольку все статические характеристики без учета реакции якоря представляют собой прямые линии (рис.2.1), то они могут быть построены по двум точкам, одна из которых соответствует режиму идеального холостого хода ( I=0 или М=0 и =0), а другая для естественной механической характеристики – номинальному режиму работы (I=IHили M=MH и=H). 2.1.4. Скорость в режиме идеального холостого хода 0=UН/кФН. 2.1.5. Номинальное значение электромагнитного момента Мн=кФнIн . 2.2. Определение значений статических моментов сопротивления Мci на валу двигателя Мощность нагрузки P связана с моментом на валу двигателя соотношением P=М, пользуясь которым можно определить значение Mciдля каждой нагрузки. Для этого на координатной плоскости, где построена естественная механическая характеристика =f(M),нужно построить i-ое количество вспомогательных кривых по уравнению M=Pi /, (2.7) где Рi –i-ое значение мощности нагрузки (i=1,…, n); – скорость вращения двигателя, которая задается в пределах примерно (0,8…1,2) Н.  Точка пересечения i-ой вспомогательной кривой с естественной механической характеристикой дает значения Mci и угловой скорости ciв установившихся режимах работы. На рис. 2.1 показано, как определяются значения MC1 иС1. Значения ciследует уточнить по формуле (2.2) при М=Mciи проверить соблюдение равенства Рi= Mcici.Необходимо отметить, что в (2.7) входит момент на валу двигателя, а при построении механической характеристики используются значения электромагнитного момента. Но определение Mciописанным выше способом допустимо ввиду небольшой разницы между значениями электромагнитного момента и момента на валу двигателя. Ток  в установившихся режимах работы двигателя можно определить по формуле =Mci/кФН . Полученные значения , Mci и ci следует привести в табличной форме.2.3. Расчет сопротивлений пусковых резисторов Схема реостатного пуска ДПТ НВ в две ступени приведена на рис. 2.2, а. На схеме  – сопротивления ступеней пускового реостата, а  ,  – полные сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска. Значения всех сопротивлений можно определить графическим или аналитическим методами.2.3.1. Графический метод. Расчет начинается с построения механических характеристик, на которых двигатель должен работать в процессе пуска, т.е. пусковой диаграммы. Первоначально строят естественную механическую характеристику (рис. 2.2, б) и на оси момента наносят точки, соответствующие моменту статической нагрузки  , при котором осуществляется пуск, наибольшему моменту при пуске  (точка а) и минимальному моменту  , при достижении которого производится отключение первой и последующих ступеней пускового реостата.Значения наибольшего и наименьшего моментов выбираются в соответствии с условиями  ,  .Соединяя точки а и  (рис. 2.2,а) прямой, получим искусственную механическую характеристику двигателя при работе с полным пусковым сопротивлением  . Момент М1 двигателя при неподвижном якоре будет больше момента сопротивления МС1 и двигатель начнет ускоряться. По мере разгона двигателя его момент, уменьшаясь, стремится достигнуть значения МС1. Если бы это произошло, то разгон двигателя прекратился, а скорость была бы наибольшей, соответствующей точке  . Во избежание этого при значении момента М2 (точка  ) пусковое сопротивление уменьшают так, чтобы ток возрос снова до значения  = М1 / кФН, соответствующего моменту М1 (точка  ), и двигатель перешел на новую искусственную характеристику  . На данной характеристике двигатель будет разгоняться до точки  , где выключится вторая, последняя, ступень пускового сопротивления RП2, и двигатель перейдет на естественную характеристику e. При правильно подобранных сопротивлениях пускового реостата выход на естественную характеристику будет иметь место при моменте М1 (точка f).Если это не получается, то нужно сделать новое графическое построение, изменив значение момента М2 (в случае необходимости можно изменять также момент М1) таким образом, чтобы переход с последней пусковой характеристики на естественную произошел именно при моменте М1. В общем случае число пусковых характеристик будет не две, как в рассмотренном примере, а  , в соответствии с заданием. Отрезки на линии  соответствуют величинам пусковых и полных сопротивлений в определенном масштабе. Для определения этого масштаба находят полное сопротивление якорной цепи на первой ступени пуска  , а затем определяют и сам масштаб  . Пусковые сопротивления на каждой ступени определяют по величинам отрезков ac, cf ,  . (2.8)Полные сопротивления якорной цепи на каждой ступени пуска можно рассчитать по следующим соотношениям  ,  . (2.9)2.3.2. Аналитический метод. Полагая режим пуска форсированным, задаемся пусковым моментом  =(2,…,2,5)  и определяем отношение  пускового момента М1 к моменту переключения М2 по формуле , (2.10)где  – внутреннее сопротивление цепи якоря ДПТ НВ в относительных единицах,  ; – пусковой момент в относительных единицах.Момент переключения, определяемый выражением  , должен удовлетворять условию М2 1,1МС1.  Рис. 2.2. Схема включения ДПТ НВ при реостатном пуске в две ступени (а) и пусковая диаграмма (б) Сопротивления ступеней пускового реостата на каждой ступени пуска (рис 2.2, а) рассчитываются по формулам  (2.11)а полные сопротивления якорной цепи – по формулам  (2.12)2.4. Расчет сопротивлений резисторов торможения 2.4.1. Динамическое торможение. Механическая характеристика и схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможения показаны на рис.2.1 и 2.3. Сопротивление резистора торможения рассчитывается по формуле  , (2.13)где  – максимальное значение ЭДС двигателя в момент его переключения на схему динамического торможения (рис. 2.3); – допустимое значение тока якоря, = (2…2,5) , при котором  . Обычно принимают  .Максимальное значение ЭДС определяется по формуле  , (2.14)где max - максимально возможное значение скорости вращения, определяемое из условия двигательного режима, предшествующего торможению, по последнему значению статического момента, max=сn.  Рис. 2.3. Схема включения ДПТ НВ в режиме динамического торможения 2.4.2. Торможение противовключением. Механическая характеристика и схема включения ДПТ НВ в режиме противовключения показаны на рис. 2.1 и 2.4. Сопротивление резистора торможения рассчитывается по формуле  , (2.15)где  - максимальное значение ЭДС, определяемое по (2.14); - допустимое значение тока якоря (см.п.2.4.1); - полное сопротивление пускового реостата  . (2.16) Рис. 2.4. Схема включения ДПТ НВ в режиме торможения противовключением 2.5. Расчет искусственных электромеханических и механических характеристик ДПТ НВ Искусственные характеристики при пуске можно рассчитать по формулам |