Обязанности непосредственных руководителей. Задание и исходные данные к выполнению расчетно-графической работы

Задание и исходные данные к выполнению расчетно-графической работы

3 Методические указания к выполнению расчетно-графической работы

3.1 Расчет и построение естественной и реостатной электромеханических (скоростных) и механических характеристик ДПТ НВ в именованных единицах

3.2 Расчет и построение естественной и реостатной электромеханических (скоростных) и механических характеристик ДПТ НВ в относительных единицах

3.3 Расчет ступеней пусковых реостатов ДНТ НВ

3.3.1 Графический расчет ступеней пусковых реостатов

3.3.2 Аналитический расчет ступеней пусковых реостатов

1 Основные теоретические положения

Двигатели постоянного тока имеют значительные преимущества перед двигателями других типов:

1) Допускают плавное регулирование скорости вращения вала различными способами;

2) Создают большой пусковой момент.

1.1 Математическое описание ДПТ НВ

Принципиальная схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Математическое описание силовой цепи ДПТ НВ (цепи якоря) может быть представлено в виде следующих уравнений:

1) Уравнение зависимости ЭДС в обмотке якоря от угловой скорости вращения якоря

, (1.1)

где Е – ЭДС, наведенная во вращающихся обмотках якоря при вращении ее в постоянном магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения;

К – конструктивная постоянная машины;

Ф – основной магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения;

– угловая скорость вращения якоря.

2) Уравнение зависимости момента от тока якоря и магнитного потока

, (1.2)

где М – вращающий электромагнитный момент, развиваемый двигателем;

I – ток силовой цепи двигателя (силовой цепью ДПТ является цепь якоря).

3) Уравнение электрического равновесия в цепи якоря

, (1.3)

где U – напряжение, приложенное к зажимам якоря;

R – сопротивление цепи якоря

, (1.4)

где R_Я – сопротивления обмотки якоря;

R_ДОБ – добавочное сопротивление, включаемое в цепь якоря.

Если в (1.3) вместо Е подставим ее значение Е из (1.1), то получим уравнение для скорости двигателя

. (1.5)

Уравнение (1.5) представляет собой зависимость угловой скорости двигателя от тока якоря. Такую зависимость =f(I) называют электромеханической (скоростной) характеристикой двигателя.

Уравнение (1.5) можно представить в виде:

, (1.6)

где – угловая скорость идеализированного холостого хода,

– перепад скоростей.

характеризует точку пересечения электромеханической характеристики с осью ординат, а – наклон электромеханической характеристики по отношению к осям.

Для получения уравнения механической характеристики необходимо найти зависимость угловой скорости от момента двигателя. Это можно сделать, подставив в (1.5) значение тока I, найденное из (1.2). Получим выражение для механической характеристики:

. (1.7)

1.2 Естественные электромеханические и механические характеристики ДПТ НВ

Естественными называют характеристики при номинальном напряжении U=U_НОМ, подводимом к зажимам якоря, номинальном магнитном потоке Ф=Ф_НОМ и отсутствии добавочного сопротивления R_ДОБ=0, то есть R=R_Я.

Естественные характеристики в соответствии с уравнениями (1.5) и (1.7) имеют вид:

Рис. 1.2. Естественные электромеханическая (а) и механическая (б) характеристики двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Точка пересечения электромеханической характеристики с осью абсцисс называется током короткого замыкания

.

Точка пересечения механической характеристики с осью абсцисс называется критическим моментом М_К или максимальным моментом

.

Точка пересечения механической и электромеханической характеристик с осью ординат - угловая скорость идеализированного холостого хода .

Необходимо отметить важное свойство двигателей постоянного тока независимого возбуждения, которое заключается в том, что у них критический или максимальный момент равен пусковому моменту

.

1.3 Искусственные электромеханические и механические характеристики ДПТ НВ

Электромеханические и механические характеристики, построенные при изменении питающего напряжения U=var, при изменении магнитного потока Ф=var, при введении добавочного сопротивления в цепь якоря R_ДОБ. 0, то есть R=R_Я+ R_ДОБ., называют искусственными.

Рассмотрим семейство искусственных характеристик:

1) Искусственные характеристики ДПТ НВ при введении добавочного сопротивления в цепь якоря. Такое семейство характеристик называют реостатными (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Искусственные характеристики ДПТ НВ при введении добавочного сопротивления в цепь якоря

При увеличении добавочного сопротивления R_ДОБ., значение угловой скорости идеализированного холостого хода не меняется, а жесткость электромеханических и механических характеристик снижается. А это значит, что при увеличении добавочного сопротивления R_ДОБ. цепи якоря уменьшается устойчивость работы электропривода. Кроме того, значение критического момента М_К, который равен пусковому снижается.

2) Искусственные характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока.

При изменении магнитного потока возбуждения Ф будет изменяться и значение угловой скорости идеализированного холостого хода и перепад скоростей . При этом очевидно, что в отличие от характеристик при введении добавочного сопротивления в цепь якоря, электромеханические и механические характеристики будут отличаться друг от друга.

Семейство электромеханических характеристик (рис. 1.4) при изменении магнитного потока Ф будет иметь общую точку на оси абсцисс, соответствующую , для определения которой необходимо записать уравнение электромеханической характеристики

,

ω=0, когда .

Рисунок 1.4 – Искусственные электромеханические характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока

Семейство механических характеристик (рис. 1.5) в отличие от электромеханических характеристик общей точки на оси абсцисс не имеет, так как очевидно, что критический момент при изменении магнитного потока Ф также будет изменяться.

При этом суммарная механическая характеристика, полученная для разных значений магнитного потока, представляет собой кривую, показанную на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Искусственные механические характеристики ДПТ НВ при изменении магнитного потока

3) Искусственные характеристики ДПТ НВ при изменении напряжения, подводимого к якорю (рис. 1.6)

Так как номинальное напряжение для двигателей выбирается из условий предельной диэлектрической прочности изоляции его обмоток, то под термином изменение напряжения следует понимать уменьшение.

Проанализировав уравнения электромеханических (1.5) и механических (1.7) характеристик при изменении напряжения, можно сделать вывод, что эти характеристики будут идентичны и при уменьшении напряжения угловая скорость идеализированного холостого хода будет уменьшаться, а перепад скоростей изменяться не будет, так как от напряжения не зависит. Это значит, что семейство электромеханических и механических характеристик представляет из себя параллельные друг другу характеристики (рис. 1.6).

Рисунок 1.6 – Искусственные характеристики ДПТ НВ при изменении напряжения, подводимого к якорю

Искусственные характеристики имеют ту же жесткость, что и естественная, то есть при снижении напряжения привод работает одинаково устойчиво. Критический (пусковой) момент уменьшается.

2 Задание и исходные данные к выполнению расчетно-графической работы

1) По паспортным данным двигателя постоянного тока с независимым возбуждением рассчитать и построить естественную и реостатную электромеханические (скоростные) и механические характеристики двигателя в именованных единицах, приняв .

2) По паспортным данным двигателя постоянного тока с независимым возбуждением рассчитать и построить естественную и реостатную скоростные и механические характеристики в относительных единицах.

3) Рассчитать ступени пусковых реостатов, приняв число ступеней равным m=3 и считая, что пуск (см. табл. 2.1):

· Форсированный;

· Нормальный.

Расчет ступеней пусковых реостатов выполнить двумя способами:

a) Графическим;

b) Аналитическим.

Исходные данные к вариантам задания приведены в таблице 2.1

Таблица 2.1 – Исходные данные для расчета

№ варианта	Тип двигателя	РНОМ, кВт	UНОМ, В	nНОМ, об/мин	Вид пуска	η, %
	П 62				нормальный	88,5
	П 91				форсированный	87,0
	П 82				нормальный	86,0
	П 111				нормальный	89,0
	П 112				форсированный	90,0
	П 72				форсированный	81,0
	П 101				нормальный	85,5
	П 101				форсированный	84,0
	П 91				нормальный	84,0
	П 82				форсированный	82,5
	П 72				форсированный	88,5
	П 101				нормальный	89,5
	П 102				форсированный	87,5
	П 112				нормальный	88,5
	П 91				нормальный	81,5
	П 101				форсированный	84,5
	П 102				нормальный	85,0
	П 92				форсированный	86,0
	П 72				форсированный	81,0

Продолжение таблицы 2.1

	П 82				форсированный	87,0
	П 71				нормальный	86,5
	П 102				нормальный	85,5
	П 112				форсированный	88,0
	П 71				нормальный	83,5
	П 82				форсированный	90,0
	П 92				форсированный	89,5
	П 82				нормальный	88,0
	П 101				форсированный	86,0
	П 91				форсированный	84,5
	П 92				нормальный	87,0

3 Методические указания к выполнению расчетно-графической работы

3.1 Расчет и построение естественной и реостатной электромеханических (скоростных) и механических характеристик ДПТ НВ в именованных единицах

Для того чтобы построить естественные характеристики достаточно знать координаты двух точек. Первая точка соответствует режиму холостого хода (М=0 (I=0); ω=ω₀). Вторая точка соответствует номинальному режиму (М=М_НОМ (I=I_НОМ); ω=ω_НОМ).

По имеющимся паспортным данным ДПТ с НВ определим значения следующих величин

1) Номинальный ток якоря

, (3.1)

где - номинальное напряжение сети;

- номинальный к.п.д. двигателя;

- номинальная механическая мощность на валу двигателя.

2) Номинальная угловая скорость

, (3.2)

где - номинальная линейная скорость вращения.

3) Номинальный электромагнитный момент

. (3.3)

Величина является неизвестной. Для ее определения обычно используется соотношение

, (3.4)

отсюда

(3.5)

В различных справочниках сведения о сопротивлениях обмотки якоря могут быть приведены, а могут отсутствовать. Предположим, что эта величина отсутствует. Поэтому сопротивление определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе при номинальной нагрузке равна потерям в меди, т.е.

, (3.6)

откуда

, (3.7)

где - номинальное сопротивление двигателя, равное

. (3.8)

Таким образом, определив активное сопротивление обмотки якоря, и, подставив его значение в выражение для Е_НОМ (3.4), определим величину множителя как отношение

. (3.9)

4) Угловая скорость идеализированного холостого хода

. (3.10)

Таким образом, определив координаты обеих искомых точек, легко в выбранном масштабе построить естественные характеристики и в именованных единицах (рисунок 3.1).

Для построения реостатной характеристики необходимо при определении координат точки (М=М_НОМ и I=I_НОМ; ω=ω_Р) в записанное ранее выражение вместо подставить значение (). При этом уравнение характеристики будет иметь вид

. (3.11)

На рисунке 3.1 представлены естественная и реостатная характеристики двигателя постоянного тока в именованных единицах.

Рисунок 3.1 – Естественная 1 и реостатная 2 характеристики ДПТ НВ в именованных единицах

3.2 Расчет и построение естественной и реостатной электромеханических (скоростных) и механических характеристик ДПТ НВ в относительных единицах

Запишем уравнения электромеханической (3.12) и механической (3.13) характеристик

(3.12)

. (3.13)

Все члены уравнения (3.12) разделим на и получим

. (3.14)

Второй член правой части уравнения (3.14) умножим и разделим на I_НОМ

.

Таким образом, получим

, (3.15)

где - угловая скорость в относительных единицах;

- сопротивление обмотки якоря в относительных единицах;

- ток в относительных единицах.

Полученное уравнение (3.15) представляет собой зависимость и называется уравнением электромеханической характеристики в относительных единицах.

Проделаем то же самое с уравнением (3.13)

,

и получим

, (3.16)

где - момент в относительных единицах.

Полученное уравнение (3.16) представляет собой зависимость и называется уравнением механической характеристики в относительных единицах.

Для того чтобы построить естественные характеристики достаточно знать координаты двух точек. Первая точка соответствует режиму холостого хода и имеет координаты ( (i=0); ). Вторая точка соответствует номинальному режиму и имеет координаты ( (i=1); ).

Для определения координаты второй точки, а именно перепада скоростей равного сопротивлению обмотки якоря в относительных единицах , учтем, что

, а

и получим

.

Для построения реостатных характеристик в относительных единицах достаточно определить перепад скоростей в относительных единицах

.

На рисунке 3.2 представлены естественная и реостатная характеристики ДПТ НВ в относительных единицах.

Рисунок 3.2 – Естественная 1 и реостатная 2 характеристики ДПТ НВ в относительных единицах

3.3 Расчет ступеней пусковых реостатов ДНТ НВ

Обычно при расчете пусковых реостатов, число ступеней является заданным и определяется стандартной аппаратурой управления. В зависимости от требований, предъявляемых к длительности процесса запуска, различают два вида пуска: нормальный и форсированный.

Под нормальным понимают такой пуск, при котором не предъявляется повышенных требований к продолжительности пуска. В этом случае расчет начинают с выбора момента переключения М₂.Обычно его принимают равным

М₂ = (1,1 ¸ 1,2)× М_С.

А затем исходя из заданного числа ступеней определяется пиковый момент М₁. При этом в любом случае обязательным условием является

М₁ £ 2,5× М_НОМ.

Под форсированным понимают такой пуск, при котором по технологическим условиям необходимо, чтобы двигатель запустился как можно быстрее. В этом случае расчет начинают с выбора пикового момента М₁. При этом его обычно выбирают равным предельному пиковому моменту

М₁=2,5×М_НОМ.

А затем, исходя из заданного числа ступеней, подбирают момент переключения М₂. Однако в любом случае обязательным условием является

М₂ (1,1 ¸ 1,2)× М_С.

Существует два способа расчета ступеней пусковых реостатов: графический и аналитический.

3.3.1 Графический расчет ступеней пусковых реостатов

Графический расчет производится в следующей последовательности:

a) По паспортным данным двигателя строят естественную механическую характеристику в относительных единицах.

b) При заданном числе ступеней m задаются либо пиковым моментом (форсированный пуск), либо моментом переключения (нормальный пуск), а затем графически момент переключения или пиковый момент подбирают таким образом, чтобы при соблюдении всех перечисленных принципов расчета получить именно заданное число ступеней.

Рассмотрим пример:

1. Пуск форсированный с числом ступеней m=3.

По паспортным данным строим естественную механическую характеристику в относительных единицах (рис. 3.3).

Рисунок 3.3 – Механические характеристики при графическом расчете пусковых реостатов при форсированном пуске

Задаемся пиковым моментом m₁ в относительных единицах. Примем, что m₁=2,5.

Значение момента переключения m₂ определяется графически, исходя из заданного числа ступеней. Обычно приходится выполнять построение несколько раз. При построении исходят из равенств m₁ (пиковых моментов) и m ₂ (моментов переключения) для всех ступеней.

Практически эти построения выполняют тонкими линиями на миллиметровой бумаге.

По построенным механическим характеристикам графически измеряют сопротивления ступеней в относительных единицах:

r_Я = ab,

r_p1 = bc,

r_p2 = cd,

r_p3 = de,

r_p1+r_p2+r_p3+r_я = ae,

af = 1 = r_НОМ.

В именованных единицах (Ом)

R_Я = r_Я×R_ном,

R_p1 = r_p1×R_ном,

R_p2 = r_p2×R_ном,

R_p3 = r_p3×R_ном,

где R_ном=U_НОМ/I_НОМ.

2. Нормальный пуск с числом ступеней m=3.

По паспортным данным строим естественную механическую характеристику в относительных единицах

Рисунок 3.4 – Механические характеристики при графическом расчете пусковых реостатов при нормальном пуске

Задаемся моментом переключения m₂=1,1.

Значение пикового момента m₁ определяется графически, исходя из заданного числа ступеней. Обычно приходится выполнять построение несколько раз. При построении исходят из равенств m₁ (пиковых моментов) и m₂ (моментов переключения) для всех ступеней.

Далее определяются сопротивления ступеней аналогично форсированному пуску.

3.3.2 Аналитический расчет ступеней пусковых реостатов

При расчете аналитическим методом определяют коэффициент l₁₂, который при форсированном пуске определяют с помощью выражения

, (3.17)

где m₁ = 2,5 – пиковый момент в относительных единицах;

m – число ступеней.

При нормальном пуске

, (3.18)

где m₂ = 1,1 – момент переключения в относительных единицах.

Величину сопротивлений ступеней в относительных единицах определяют с помощью следующих выражений:

r_я + r_p1 = r_я × l₁₂,

r_я + r_p1 + r_p2 = r_я × ,

r_я + r_p1 + r_p2 + r_p3 = r_я × .

Следовательно

r_p1 =( - 1) × r_я,

r_p2 = r_я × ( -1) - r_p1,

r_p3 = r_я × ( -1) - r_p1 - r_p2.

Для определения величин сопротивлений в именованных единицах (Ом) достаточно сопротивления в относительных единицах умножить на R_ном, то есть,

R_Я = r_Я ×R_ном,

R_p1 = r_p1 ×R_ном,

R_p2 = r_p2 ×R_ном,

R_p3 = r_p3 ×R_ном.

После расчета ступеней пусковых реостатов двумя способами рекомендуется полученные значения сопротивлений записать в таблицу, которая может быть представлена следующим образом

Таблица 3.1 – Результаты вычисления ступеней пусковых реостатов для ДПТ НВ

Сопротивление ступеней	Графический расчет	Аналитический расчет
,Ом
,Ом
,Ом

Список литературы

1 Москаленко В. В. Электрический привод: Учеб. для. электротехн. спец. – М.: Высш. шк., 1991. – 430 с.

2 Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. 6-е изд., доп. и перераб. – М.: Энергоиздат, 1981. – 576 с., ил.

производственной практики …………..……………..………………………….….4

2. Цели и задачи производственной практики……..……………………….…….6

3. Перечень практических навыков, подлежащих освоению студентами…...9

4. Тематический план семинаров, их содержание и объем в часах………….12

5. Продолжительность практики…………………………………………………21

6. Структура практического занятия……………………………………………21

7. Учебно-исследовательская (УИРС) и научно-исследовательская (НИР) работа студентов во время практики……………………………………………21

8. Подведение итогов практики…………………………………………………….23

9. Материальное обеспечение практики………………………………………….24

10. Формы и вид отчетности студентов практикантов ………………………...24

11. Учебно-методическое обеспечение производственной практики……………………………………………………………………………..30

Приложение №1.…………………………………………..……………….………..31

Приложение №2……………………………………………………………………..35

Дата добавления: 2014-12-27