Sergeev_S_I_79_rgr_1
.pdfФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное 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.500005.000ПЗ
Студент гр. 47Г
_____ Сергеев С.И.
Дата:____
Руководитель - доцент кафедры ЭМ и ОЭ
_____ Сергеев Р.В.
Дата:____
Омск 2020
Реферат
УДК 621.3-83 (075.8)
Работа содержит 22 страницы; 6 рисунков; 1 таблицу; 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).
Методы исследования – аналитические и графические.
2
Содержание
Введение…………………………………………………………………...4
1Исходные данные………………………………………………………..5
2Расчет основных параметров…………………………………………...6
3Приведение моментов к валу двигателя……………………………….8
4Расчет резисторов пускового реостата…………………………………9
5Расчет переходных процессов при пуске ДПТ……………………….13
6Расчет резисторов реостата возбуждения…………………………….17
7Расчет режима динамического торможения………………………….20
Заключение………..……………………………………………………...21
Библиографический список……………………………………………..22
3
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.
4
1 Исходные данные |
|
Данные по варианту 79: |
|
номинальная мощность |
Рн = 30 кВт; |
номинальная частота вращения |
nн = 750 об/мин; |
максимальная частота вращения |
nмакс = 2000 об/мин; |
КПД в номинальном режиме |
ηн = 84 % |
сопротивление обмотки возбуждения |
rв = 33 Ом; |
момент инерции |
Jд = 1,28 кг м2; |
напряжение питающей сети |
Uн = 440 В; |
число ступеней реостата |
z = 3; |
общее число ступеней регулирования |
m = 4; |
двигатель с независимым возбуждением. |
|
Кинематическая схема привода изображена на рисунке 1
|
|
J1 |
|
|
J ,M |
|
|
i |
|
д M |
|
2 |
|
|
д |
i |
|
|
|
|
с |
|
|
|
D |
|
1 |
J |
2 |
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
M |
|
|
|
|
см |
|
Рисунок 1 - Кинематическая схема привода |
||||
Параметры кинематической схемы: |
|
|
||
передаточные числа |
|
|
|
i1 =5, i2 = 22; |
КПД зубчатых передач |
|
|
η1 = 0,95, η2 = 0,93. |
|
Параметры нагрузки: |
|
|
|
|
момент инерции рабочей машины |
|
J2таб = 36∙103 кг∙м2; |
||
момент инерции промежуточного вала |
|
J1 = 15,7 кг∙м2; |
||
момент сопротивления рабочей машины |
|
М см = 28,3 кН м. |
||
5
2 Расчет основных параметров Момент инерции рабочего вала и рабочей машины, вычисляется по
формуле, кг∙м2:
J |
2 |
J |
2таб |
(1 0,05N), |
|
|
|
где J2таб – момент инерции;
N – номер варианта, вариант 79.
2 = 36 103 (1 + 0,05 79) = 178,2 103 кг м2
Мощность, потребляемая двигателем из сети при номинальном режиме, кВт:
(1)
работе в
P |
P |
, |
|
н |
|||
|
|
||
1 |
|
|
|
|
н |
|
301 = 0,84 = 35,71 кВт
Номинальный ток двигателя, А:
|
|
|
P |
10 |
3 |
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
, |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
H |
|
U |
|
|
|
||
|
|
|
Н |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
35,71 103 |
= 81,16 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
440 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
Ток возбудителя в номинальном режиме, А:
iв.н Uн.в ,
rв
где Uн.в – напряжение на обмотке возбуждения; rв – сопротивление обмотки возбуждения.
440в.н = 33 = 13,3 А
(2)
(3)
(4)
Номинальный ток якоря для независимого возбуждения, А:
I |
aн |
I |
н |
i |
в н |
|
|
|
ан = = 81,16 А
(5)
6
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, Ом:
|
|
0,5(1 |
|
)Р |
3 |
|
|
|
н |
10 |
|
||
|
ra |
|
1 |
., |
(6) |
|
|
I |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ан |
|
|
||
= |
0,5 (1 − 0,84) 35,71 103 |
= 0,434 Ом |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
81,162 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Частота вращения при идеальном холостом ходе, об/мин:
n0 |
Uнnн |
, |
(7) |
|
Uн Iанra |
||||
|
|
|
где nн – частота вращения в номинальном режиме.
0 = |
440 750 |
= 815,3 |
об |
|
440 − 81,16 0,434 |
мин |
|||
|
|
Угловая частота вращения при номинально и идеальном холостом ходе, рад/с:
|
|
|
|
2 n |
, |
(8) |
|||||
|
|
|
60 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 3,14 750 |
|
= 78,5 рад/ , |
|
|||||
|
|
|
|
||||||||
н |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 3,14 815,5 |
= 85,35 рад/с, |
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
0 |
|
60 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
= |
2 3,14 2000 |
|
= 209,3 рад/с. |
|
|||||
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальный момент на валу двигателя, Н∙м:
Mн 9,55 |
Рн 103 |
. , |
(9) |
|
nн |
|
|
7
н = 9,55 |
30 103 |
= 382Н м |
|
750 |
|||
|
|
Номинальное сопротивление цепи якоря, Ом:
|
U |
|
|
Rн |
н |
, |
|
I |
|||
|
|
||
|
aн |
|
440н = 81,16 = 5,42Ом
3 Приведение моментов к валу двигателя
(10)
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:
|
|
|
M |
|
|
10 |
3 |
|
||
M |
|
|
см |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
с |
i |
i |
|
|
|
|
|
||
|
|
2 |
1 |
2 |
||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||
где i1 и i2 – передаточные числа;
η1 и η2 – КПД зубчатых передач.
28,3 103= 5 22 0,95 0,93
,
= 291,2 кН м
(11)
Приведенный момент инерции можно найти, соблюдая закон сохранения энергии, по выражению, кг ∙ м2:
J Jд |
J1 |
|
J2 |
, |
(12) |
||
i2 |
i2 i2 |
||||||
|
|
|
|
||||
1 |
|
1 |
2 |
|
|
||
где J1 – момент инерции промежуточного вала;
J2 – момент инерции рабочей машины и рабочего вала.
|
15,7 |
|
178,2 |
103 |
|
= 1,28 + |
|
+ |
|
|
= 16,64 кг м2 |
2 |
2 |
2 |
|||
|
5 |
|
5 |
22 |
|
8
4 Расчет резисторов пускового реостата
Одни из способов ограничения пусковых токов двигателей постоянного тока (ДПТ) являться включение в цепь якоря на момент пуска дополнительных резисторов, необходимая величина их сопротивлений может быть найдена из условия ограничения пускового тока и создания необходимого пускового момента.
Величина пускового тока ДПТ обычно колеблется в следующих пределах (рисунок 2):
I |
I |
max |
(2 2,5)I |
aн |
; |
1 |
|
|
|
2 = 2,5 81,16 = 209,9 А
I |
2 |
I |
min |
(1,15 1, 25)I |
aн |
. |
|
|
|
|
2 = 1,2 81,16 = 97,392 А
(13)
(14)
При известном числе ступеней пускового реостата z находим пиковый максимальный ток, А:
|
|
|
U |
|
|
|
||
I1 |
I2 z 1 |
|
н |
. , |
|
|||
r |
I |
|
|
|||||
|
|
|
2 |
|
|
|||
|
|
|
a |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||||
3+1 |
|
440 |
|
|
||||
1 = 97,392 |
√ |
|
|
|
|
|
= 174,92 А |
|
0,434 97,392 |
||||||||
|
|
|
||||||
(15)
Ток |
I |
1 |
входит в пределы полученные в формуле (13). |
|
Пусковые характеристики (пусковую диаграмму) строим в смешанных единицах (рисунок 2). Для построения диаграммы необходим рассчитать токи в относительных единицах:
I |
|
* |
|
I |
ан |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
н = 1
I1* II1 ,
Н
(16)
(17)
9
1 = 174,9281,16 = 2,16
|
I |
* |
|
I |
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
I |
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
97,392 |
= 1,2 |
||||
|
||||||
2 |
|
81,16 |
|
|||
|
|
|
||||
(18)
По пусковой диаграмме определяем длины следующих отрезков: ab = 72 мм, bc =40 мм, cd =27 мм, de=28 мм.
r1 rа abde ,
721 = 0,434 28 = 1,116 Ом
r |
r |
|
bс |
, |
|
||||
|
|
|
|||||||
2 |
|
|
а |
|
de |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 = 0,434 |
40 |
= 0,62 Ом |
|||||||
|
|||||||||
|
|
28 |
|
|
|
|
|||
|
r |
r |
|
cd |
, |
||||
|
|
|
|||||||
|
3 |
|
|
а |
|
de |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
3 = 0,434 |
23 |
= 0,3536 Ом |
|||||||
28 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
(19)
(20)
(21)
Сопротивления ступеней пускового реостата, определяются по формулам, Ом:
R |
r |
r |
r |
r |
; |
1 |
a |
1 |
2 |
3 |
|
1 = 0,4369 + 1,116 + 0,62 + 0,3536 = 2,5265 Ом
(22)
R2 ra r2 r3 R1 r1; |
(23) |
|
2 = 2,5265 |
− 1,116 = 1,4105 Ом |
|
R3 ra r3 |
R2 r2 R1 r1 r2. |
(24) |
3 = 1,405 |
− 0,62 = 0,7905 Ом |
|
10