Контрольная работа по "Физике"

Новосибирский государственный аграрный университет

Инженерный  институт

Кафедра ЭиАСХ

 

 

 

Курсовая  работа

По электрическому приводу 

Вариант №13

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Студент 347 гр.

Косторев  И.Ю.

Проверил: Основич  В.Л.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2008 г.

 

1. Построить  естественную и искусственную  механические характеристики ω  = f(M) для асинхронного двигателя, имеющего данные: Р_н = 11 кВт, I_н = 41 А, Е_2н = 179 В, ω_н = 95,3 рад/с, М_кр/М_н = 2,5. Добавочное сопротивление в цепи ротора для получения искусственной характеристики R_д = 0,1 Ом.

Решение.

Определим скорость идеального холостого хода:

W₀= = 104 рад/с;

Вычислим номинальный  момент:

M_ном= ;

Тогда, критический момент будет равен:

M_кр= M_ном×2,5 = 115× 2,5 =287 Н×м;

Вычислим номинальное скольжение АД:

S_ном = (W₀ –W_ном)/W₀ = (104 – 95,3)/104=0,07

Определим критическое скольжение:

 S_кр = S_ном ( λ_м + ) =0,07×( 2,5+ ) = 0,33

Подставив найденные значения в  формулу

M = 2M_кр/(s/s_кр+s_кр/s)=2×287/(s/0,33+0,33/s), получим значение момента, а по формуле W = W₀(1 – S) рассчитаем значение угловой скорости.

 

S	1	0,8	0,6	0,4	0,33	0,21	0
W	0	20,8	41,6	62,4	69,4	82,16	104
M	170,8	205	243	282,7	287	260,9	0
Sи	1,58	1,27	0,95	0,63	0,52	0,33	0

 

 

 

 

Для построения искусственной характеристики рассчитывается скольжение S_и по формуле:

S_и = S_e R_p/r_p

Где  R_p = r_p + R_д – полное сопротивление роторной цепи, Ом;

Внутреннее сопротивление  роторной обмотки равно:r_p =S_н×R_н

Найдем номинальное  сопротивление роторной цепи:

R_н = E_2н/ ×I_2н = 179/ ×41=2,52 Ом;

Определим внутреннее сопротивление  роторной обмотки:

Оно равно r_p = 0,07×2,52 = 0,17 Ом;

Вычислим полное сопротивление  роторной цепи:

R_p = 0,17 + 0,1 = 0,27 Ом;

Подставляя значение S_e вычислим скольжение S_и, по формуле:

S_и = S_e R_p/r_p

Подставив найденные  значения S_и в формулу

M = 2M_кр/(s/s_кр+s_кр/s)=2×287/(s/0,33+0,33/s), получим значение момента, а по формуле W = W₀(1 – S) рассчитаем значение угловой скорости.

 

2. Определить число пусковых ступеней- m  и величину сопротивления каждой ступени, двигателя постоянного тока последовательного возбуждения  при условии, что I₁* = 2, I₂* = 1,35. Данные двигателя: Р_н = 16 кВт, U_н = 220В, η_н= 0,81,I_Н = 89 А, ω_н = 68 рад/с.

Данные универсальной характеристики:

I*	0,4	0,6	1	1,4	1,8	2	2,4
ω*	1,6	1,2	1	0,85	0,75	0,7	0,65

 

Решение.

В данной задаче приведен двигатель  средней мощности (до 50 кВт).

Значит двигатель будет иметь 2 или 3 ступени.

Решение задачи начнем с построения по универсальным характеристикам естественной скоростной характеристики.

Определим внутренне сопротивление  двигателя

По формуле: r_д = 0,5(1 – η_н) = 0,75(1 – 0,81) = 0,36 Ом;

I₁ = I_н × I₁* = 89 × 2 = 178 A;

Определим общее сопротивление  пускового реостата:

R₁ = (1 – w_и/w_e)×(U_н/I₁ – r_д) = (1 – 0/0,7)×(220/178  - 0,36) =0,88Ом;

I₂ = I_н × I₂* = 89 × 1,35 = 120,15 A;

W_e2 = W_e2* × W_н = 0, 86 × 68 = 58, 48 рад/c;

Определим значение W_и1 по формуле:

W_и1 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₁) / U_н – I₂r_д = (220 – 120,15(0,36 + 0,88) / 220 – 120,15×0,36  = 0,4;

W_и1 = W_е2 × 0,4 = 58,48 × 0,4 = 23,4 рад/с;

W_и1* = W_и1 / W_н = 23,4 / 68 = 0,34;

Определим сопротивление пускового реостата R₂ (после отключения первой секции):

 R₂ = (1 – w_и1/w_e1)×(U_н/I₁ – r_д) = (1 – 23,4/47,6)×(220/178  - 0,36) =0,43 Ом;

Определим значение W_и2 по формуле:

W_и2 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₂) / U_н – I₂r_д = (220 – 120,15(0,36 + 0,43) / 220 – 120,15×0,36  = 0,7;

W_и2 = W_е2 × 0,7 = 58,48 × 0,7 = 40,9 рад/с;

W_и2* = W_и2 / W_н = 40,9 / 68 = 0,6;

Определим сопротивление пускового реостата R₃ (после отключения второй секции):

R₃ = (1 – w_и2/w_e1)×(U_н/I₂ – r_д) = (1 – 40,9/47,6)×(220/178  - 0,36) =0,12 Ом;

Определим значение W_и3 по формуле:

W_и3 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₅) / U_н – I₂r_д = (220 – 120,15(0,36 + 0,12) / 220 – 120,15×0,36  = 0,92;

W_и3 = W_е2 × 0,81 = 58,48 × 0,92 = 53,8 рад/с;

W_и3* = W_и3 / W_н = 53,8 / 68 = 0,79;

Искусственная характеристика не точно вышла на естественную характеристику, построение не получилось, значит меняя значение тока в небольших пределах произведем расчет заново.

 Примем значение тока I₂*= 1,25

I₂ = I_н × I₂* = 89 × 1,25 = 111,25 A;

W_e2 = W_e2* × W_н = 0, 9 × 68 = 61, 2 рад/c;

Определим значение W_и1 по формуле:

W_и1 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₁) / U_н – I₂r_д = (220 – 111,25(0,36 + 0,88) / 220 – 111,25×0,36  = 0,45;

W_и1 = W_е2 × 0,45 = 61,2 × 0,45 = 27,5 рад/с;

W_и1* = W_и1 / W_н = 27,5 / 68 = 0,4;

Определим сопротивление пускового  реостата R₂ (после отключения первой секции):

 R₂ = (1 – w_и1/w_e2)×(U_н/I₁ – r_д) = (1 – 27,5/61,2)×(220/178  - 0,36) =0,7 Ом;

Определим значение W_и2 по формуле:

W_и2 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₂) / U_н – I₂r_д = (220 – 111,25(0,36 + 0,7) / 220 – 111,25×0,36  = 0,56;

W_и2 = W_е2 × 0,56 = 61,2 × 0,56 = 34,2 рад/с;

W_и2* = W_и2 / W_н = 34,2 / 68 = 0,5;

Определим сопротивление пускового  реостата R₄ (после отключения второй секции):

R₃ = (1 – w_и2/w_e1)×(U_н/I₁ – r_д) = (1 – 34,2/47,6)×(220/178  - 0,36) =0,24 Ом;

Определим значение W_и3 по формуле:

W_и3 /W_е2 = (U_н – I₂(r_д + R₃) / U_н – I₂r_д = (220 – 111,25(0,36 + 0,24) / 220 – 111,25×0,36  = 0,84;

W_и2 = W_е2 × 0,56 = 61,2 × 0,84 = 51,4 рад/с;

W_и2* = W_и2 / W_н = 51,6 / 68 = 0,73;

Искусственная характеристика точно  вышла на естественную характеристику, построение получилось, значит двигатель  имеет 3 ступени, что удовлетворяет условию.

3. Определить  мощность двигателя, работающего по графику:

I₁ = 50A    t₁=4c

I₂= 32 A                      t₂ = 12с

I₃ = 46А                      t₃ = 5c .      

U_н = 220B   t₀ = 36c

 

Решение.

Значение тока на участке I₀₁ вычислим по эквивалентной формуле:

I₀₁ = I₁ / = 50 / = 28,9 A;

Определим общий эквивалентный  ток:

I_экв = = = 21,44 A;

Вычислим мощность двигателя:

P = I × U_н = 21,44 × 220 = 4,7 кВт;

4. Регулирование  частоты вращения двигателя независимого  возбуждения в системе Г –  Д.

Регулирование по системе  «генератор — двигатель». В этой установке (рис. 7.29) двигатель Д получает питание от автономного генератора Г с независимым возбуждением, который приводится во вращение каким-либо первичным двигателем ПД (например, электродвигателем, дизелем) Регулирование частоты вращения осуществляют изменением:

1) напряжения на якоре  двигателя путем изменения тока  возбуждения генератора /_вГ;

Рис. 7 28. Схема реостатно-контак-торного регулирования частоты вращения двигателя с последовательным возбуждением

2) магнитного потока  двигателя путем регулирования  тока возбуждения двигателя.

Пуск в ход и получение  низких частот вращения производят при  максимальном токе возбуждения двига1еля, но при уменьшенном токе возбуждения генератора, т. е. при пониженном напряжении. Ослабление магнитного потока двигателя (уменьшение его тока возбуждения) производят только после того, как исчерпана возможность повышения напряжения, т. е. когда установлен максимальный ток возбуждения генератора. Изменение направления вращения двигателя производят переменой полярности подводимого к якорю напряжения, для чего меняют направление тока в обмотке возбуждения генератора. Система «генератор — двигатель» выгодно отличается тем, что в ней отсутствуют силовые контакторы, реостаты и т. п. Управление легко поддается автоматизации, так как осуществляется путем регулирования сравнительно небольших токов возбуждения.

Установки типа «генератор — двигатель» широко распространены в промышленности и на транспорте, в тех устройствах, где требуется регулирование частоты вращения в широких пределах. В транспортных установках генератор приводится во вращение дизелем, в промышленности — трехфазным синхронным или асинхронным двигателем. Систему «генератор — двигатель» широко применяют в металлургической промышленности для привода прокатных станов с двигателями мощностью 10 МВт и более при диапазоне регулирования частоты вращения 1 : 200 и точности поддержания заданной частоты вращения (погрешности) менее 1%.

В рассматриваемой системе  уменьшение частоты вращения производят с использованием рекуперативного  торможения: сначала увеличивая ток  возбуждения двигателя, а затем  постепенно уменьшая ток возбуждения  генератора, можно перевести двигатель в генераторный режим и быстро затормозить механизм. При этом накопленная кинетическая энергия якоря и механизма отдается в электрическую сеть.

Если нагрузка толчкообразная, то иногда на валу первичного двигателя, вращающего генератор, ставят маховик, который уменьшает перегрузки первичного двигателя.

Недостатки системы  «генератор — двигатель» — большие  масса, габариты, высокая стоимость  установки; сравнительно низкий КПД (примерно 0,6 ...0,7), так как производится трехкратное  преобразование энергии.

Рис. 7.29. Схема «генератор—двигатель»

 

В последнее время  на транспорте (в тепловозах, больших  автомобилях, кораблях) вместо генератора постоянного тока в системе «генератор — двигатель» применяют синхронный генератор с полупроводниковым выпрямителем. Это позволяет снизить массу и уменьшить стоимость генератора. В промышленных установках такое усовершенствование обычно не применяется, так как для рекуперативного торможения требуется управляемый выпрямитель-инвертор, в связи с чем выгоднее перейти к схеме «управляемый выпрямитель — двигатель», исключив генератор и первичный двигатель.

 
 
 
5. Начертить схему прямого  пуска синхронного двигателя  низкого напряжения.

Асинхронный пуск синхронного  двигателя осуществляется при включении  автоматических выключателей QF1, QF2 и срабатывании контактора КМЗ (рис. 1.28, а, б). При этом реле форсировки KV срабатывает и замыкает свой контакт, что приводит к срабатыванию контактора форсировки КМ1. Контакт КМ1 размыкается, и в цепь обмотки возбуждения вводится резистор. Включаются красная и зеленая сигнальные лампы, что указывает на присоединение двигателя к сети, но возбуждение еще не подано.

Рис. 1.28. Схема прямого пуска синхронного двигателя.

 

При пусковом токе срабатывает  реле максимального тока КА. Своим замыкающим контактом оно подает питание реле времени КТ1. Контакт КТ1 замыкается, что приводит к срабатыванию реле времени КТ2, но контактор КМ2 не включен, поскольку контакт КТ1 размыкается, а контакт КТ2 замыкается. При скорости двигателя, близкой к синхронной, реле КА размыкает свой контакт в цепи контактора КТ1; при этом цепь питания контактора КМ2 окажется замкнутой, так как контакт КТ2 размыкается с выдержкой времени. Контактор КМ2 срабатывает, шунтирует разрядный резистор R_разр в обмотке возбуждения и закорачивает катушку реле КА. Катушка контактора КМ2 становится на самопитание. Одновременно отключается зеленая лампа. Пуск двигателя закончен.

При снижении напряжения для сохранения момента двигателя применяется форсировка возбуждения. При снижении напряжения реле форсировки KV отпадает и размыкает свой контакт, что приводит к отключению контактора форсировки КМ1. При этом контакт КМ1 в цепи возбуждения двигателя замыкается и шунтирует резистор R_фр. Это приводит к увеличению тока возбуждения двигателя, а следовательно, и к сохранению момента двигателя. Остановка двигателя осуществляется нажатием на кнопку SB2 «Стоп» и отключением автоматических выключателей QF1 и QF2.