Пояснительная записка к расчетнографической работе по дисциплине Основы электропривода технологических установок инмв. 500033. 000 Пз

• Название: Пояснительная записка к расчетнографической работе по дисциплине Основы электропривода технологических установок инмв. 500033. 000 Пз
• Дата: 02.11.2020
• Размер: 316.45 Kb.
• Имя файла: RGR_1AGEEV33 (1).docx
• Тип: Пояснительная записка; #147479

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Омский государственный университет путей сообщения»

(ОмГУПС (ОмИИТ))


Кафедра: «Электрические машины и общая электротехника»
ДВИГАТЕЛИ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Пояснительная записка к расчетно-графической работе

по дисциплине «Основы электропривода технологических установок» ИНМВ.500033.000 ПЗ

Студент группы 46e

________ АГЕЕВ
Руководитель:

доцент кафедры ЭМ и ОЭ

__________ Р.В. Сергеев

Омск 2020

Реферат

УДК 621.3-83 (075.8)

Работа содержит 26 страницы; 5 рисунков; 1 источник.

Пусковой резистор, реостат возбуждения, механическая характеристика, тормозной реостат, переходные процессы, динамическое торможение.

Объектом исследования является двигатель постоянного тока в системе электропривода.

Цель работы: исследовать двигатель постоянного тока в системе электропривода, определить его основные параметры, параметры пускового, тормозного и регулировочного реостата, рассчитать и построить кривые изменения тока и частоты вращения при пуске в функции времени (кривые разгона).

Содержание

1

Студент группы 46e 1

Введение 4

1 Исходные данные 5

2 Расчет основных параметров 6

3 Приведение моментов к валу двигателя 8

4 Расчет резисторов пускового реостата 9

5 Расчет переходных процессов при пуске ДПТ 13

6 Расчет резисторов реостата возбуждения 20

7 Расчет режима динамического торможения 23

Заключение 25

Библиографический список 26

Введение 4

1 Исходные данные 5

2 Расчет основных параметров 6

3 Приведение моментов к валу двигателя 8

4 Расчет резисторов пускового реостата 9

5 Расчет переходных процессов при пуске ДПТ 13

6 Расчет резисторов реостата возбуждения 20

7 Расчет режима динамического торможения 23

Заключение 25

Библиографический список 26

Введение

Основными характеристиками для двигателей постоянного тока в системах электропривода являются пусковая характеристика, кривые изменения тока и частота вращения в процессе пуска, и характеристики динамического тор­можения. Предстоит исследовать двигатель постоянного тока в системе электропривода, определить параметры пускового, тормозного и регулировочного реостата, рассчитать и построить кривые изменения тока и частоты вращения при пуске в функции времени.

Основное назначение данной работы – закрепление теоретического материала и выработка навыков его практического использования.

1 Исходные данные

Данные по варианту 33:

номинальная мощность Р_н = 55кВт;

номинальная частота вращения n_н = 1700 об/мин;

максимальная частота вращения n_макс = 2800 об/мин;

КПД в номинальном режиме η_н = 87 %;

сопротивление обмотки возбуждения r_в = 27*4 Ом;

момент инерции J_д = 2,42 кг м²;

напряжение питающей сети U_н = 440 В;

число ступеней реостата z = 3;

общее число ступеней регулирования m = 4;

двигатель с параллельным возбуждением.

Кинематическая схема привода изображена на рисунке 1


Рисунок 1 - Кинематическая схема привода
Параметры кинематической схемы:

передаточные числа i₁ = 19, i₂ = 5;

КПД зубчатых передач η₁ = 0,93, η₂ = 0,97;

Параметры нагрузки:

момент инерции рабочей машины J_2таб = 40000 кг∙м²;

момент инерции промежуточного вала J₁ = 29,6 кг∙м²;

момент сопротивления рабочей машины М _см = 23 кН м;

2 Расчет основных параметров

Момент инерции рабочего вала и рабочей машины, вычисляется по формуле (1):

(1)

где J_2таб – момент инерции;

N – номер варианта.



Мощность, потребляемая двигателем из сети при работе в номинальном режиме:

, (2)



Номинальный ток двигателя, A:

, (3)



Ток возбуждения в номинальном режиме, A:

(4)

где U_н.в – напряжение на обмотке возбуждения;

r_в – сопротивление обмотки возбуждения.


Номинальный ток якоря для независимого возбуждения,

, (5)



Сопротивление цепи якоря, включающее в себя сопротивление дополнительных полюсов и компенсационной обмотки, может быть найдено из условия, что потери мощности в цепи обмотки якоря составляют половину общих потерь в двигателе:
, (6)


Частота вращения при идеальном холостом ходе, об/мин:

(7)

где n_н – частота вращения в номинальном режиме.


Угловая частота вращения, рад/с:

, (8)



Номинальный момент на валу двигателя, Н∙м:

, (9)


Номинальное сопротивление цепи якоря, Ом:

, (10)

3 Приведение моментов к валу двигателя

Кинематическая схема, приведенная на рисунке 1, содержит две зубчатые передачи, трансформирующие движение вала двигателя к валу рабочей машины. В результате изменяется частота вращения и, следовательно, величина момента. Привести статический момент сопротивления рабочей машины к валу двигателя можно по равенству мощностей на валах двигателя и рабочей машины с учетом потерь в передачах. Отсюда следует, что

, (11)

где i₁ и i₂ – передаточные числа;

η₁ и η₂ – КПД зубчатых передач.


Приведенный момент инерции можно найти, соблюдая закон сохранения энергии, по выражению:

(12)

где J₁ – момент инерции промежуточного вала;

J₂ – момент инерции рабочей машины и рабочего вала.

4 Расчет резисторов пускового реостата

Одним из способов ограничения пусковых токов двигателей постоянного тока (ДПТ) является включение в цепь якоря на момент пуска дополнительных резисторов, необходимая величина их сопротивлений может быть найдена из условий ограничения пускового тока и создания необходимого пускового момента.

Величина пускового тока ДПТ обычно колеблется в следующих пределах:

(13)

(14)

, (15)



Ток соответствует условию формулы (13).

Пусковые характеристики (пусковую диаграмму) строим в смешанных единицах. Для построения диаграммы необходимо рассчитать токи в относительных единицах:




(16)



(17)



(18)



По пусковой диаграмме определяем длины следующих отрезков: ab=83 мм, bc=45 мм, cd=24 мм, de=29мм.(см. рис 2)

(19)



(20)



(21)


Сопротивления ступеней пускового реостата определяются по формулам:

(22)



(23)



(24)



Сопротивления пусковых резисторов можно найти также аналитическим методом. Для этого найденные токи I₁ и I₂ необходимо взять за основу для нахождения отношения:

, (25)



Сопротивление первой ступени:

, (26)



для всех последующих ступеней (до ) –

, (27)




Сопротивление секций, Ом:

, (28)






Сопоставим результаты, полученные обоими методами расчетами, определив расчетную ошибку (за 100% принимается значение полученное аналитическим методом):

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

Полученные погрешности не превышают 5%, расчет можно считать верным.

Полное сопротивление пускового реостата:

(35)

Ом.

Схема включения пусковых резисторов изображена на рисунке 3.

5 Расчет переходных процессов при пуске ДПТ

И зменение тока двигателя в процессе пуска описывается уравнением:
(36)
где I_с – ток, обусловленный нагрузкой на валу двигателя, А;

I_нач – начальное значение тока, А;

Т_м – электромеханическая постоянная времени, с.
, (37)

где - добавочное сопротивление в цепи якоря, Ом;

J – приведенный момент инерции.

Принимаем для первых трех сопротивлений , а для четвертого сопротивления .

, (38)

(39)


(40)

(41)


Ток нагрузки пропорционален моменту сопротивления, приведенному к валу двигателя, А:
(42)



Время разбега на каждой ступени пускового реостата:
(43)







(44)
c.
Определим токи при по уравнению:



(45)









Определим токи при :








Определим токи при :









Определим токи при :










Установившиеся значения частоты при заданном моменте сопротивления:

(46)













Кривые изменения частоты вращения можно построить аналогично кривым тока для тех же значений времени и соответствующих электромеханических постоянных времени по уравнению:




(47)
где n_нач – начальная частота вращения.

Для первой ступени она равна нулю, для последующих ступеней – конечному значению частоты вращения предыдущей ступени.

Определим частоту вращения при t₁:








Определим частоту вращения при t₂:








Определим частоту вращения при t₃:








Определим частоту вращения при t₄:









По полученным значениям строим кривые изменения тока и частоты вращения в процессе пуска (рисунок 4).

6 Расчет резисторов реостата возбуждения

Двигатели постоянного тока имеют достаточно широкий диапазон регулирования частоты вращения, что выгодно отличает ДПТ от других типов двигателей. Одним из способов регулирования является ослабление магнитного потока возбуждения путем введения в цепь возбуждения специального регулировочного реостата.

При линейном законе изменения частоты:

(48)

где ;q-знаменатель прогрессии

m-общее число ступеней регулирования
.










Определив изменение частоты вращения по ступеням реостата, можно найти необходимую для каждой ступени величину магнитного потока.

Для получения любой иной, отличающийся от номинальной, частоты вращения поток возбуждения должен быть уменьшен до величины:




(49)











По найденному потоку можно определить необходимый ток возбуждения По найденному потоку можно определить необходимый ток возбуждения. Для этого следует воспользоваться универсальной кривой намагничивания двигателей постоянного тока единой серии, которая приведена в [1, рисунок 5]









Кривая намагничивания построена в относительных единицах. Зная относительные значения, перейдем к абсолютным:
(50)









Сопротивление цепи возбуждения на любой к-й ступени реостата возбуждения:




(51)











Сопротивление соответствующей секции реостата:

(52)

7 Расчет режима динамического торможения

При динамическом торможении якорь двигателя отключается от питающей сети и включается на некоторый тормозной резистор . Двигатель переходит в генераторный режим с изменением направления тока в цепи якоря. Для определения тормозного резистора зададимся сначала током торможения:

( 53)
где Ц – последняя цифра номера варианта, в данном случае Ц=3.


Зная ток торможения в начальный момент, определим сопротивление тормозного резистора:




(54)



Для определения времени торможения определим в начале электромеханическую постоянную времени при включении тормозного резистора:

(55)

Зная электромеханическую постоянную времени, определим время торможения двигателя:

(56)

Тормозная характеристика представлена на рисунке 5.

Заключение

В процессе работы (в первой части) проводились расчеты: резисторов пускового реостата, переходных процессов при пуске ДПТ, реостата возбуждения, режима динамического торможения; (во второй части) выбранный двигатель проверялся по нагреву, проводились расчеты: теплового состояния АД, механических характеристик, резисторов пускового реостата, а также были рассчитаны электрические потери при пуске двигателя.

В результате работы для двигателя постоянного тока с Р_н=55 кВт, n_н=1700 об/мин., n_max=2800 об/мин, η=87 % с параллельным возбуждением были определены:

Сопротивления секций пускового реостата:

r₁ =1,37Ом.

r₂ =0,73Ом.

r₃ =0,39Ом.
Сопротивление тормозного реостата:

r_т =2,1Ом.

Библиографический список

1. 
   Основы электропривода технологических установок / В.Д. Авилов, В.П. Беляев / Омский гос. университет путей сообщения. Омск, 2015. 40с.