Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
БАЛАКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИКИ, ТЕХНОЛОГИИ И УПРАВЛЕНИЯ
ФАКУЛЬТЕТ ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
КАФЕДРА УПРАВЛЕНИЕ И ИНФОРМАТИКА В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине
Электромеханические системы
Выполнил: ст. гр. УИТ-61-з
Кулешова И.С.
Принял:
Мефедова Ю.А.________
«_____» ___________2012
2012
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Рис.1. Схема двигателя постоянного тока
Задача 1
ДПТНВ имеет номинальные данные:
мощность РНОМ=11кВт;
напряжение UНОМ=220В;
частота вращения nНОМ=800об/мин;
сопротивление обмоток цепи якоря RЯ=1,77Ом;
КПД ηНОМ=76%.
Требуется определить сопротивление резистора rдоб, который следует включить последовательно в цепь якоря, чтобы при номинальном моменте нагрузки MНОМ частота вращения была n’НОМ=0,5 nНОМ об/мин.
Решение:
) Ток якоря в номинальном режиме:
2) Пограничная частота вращения:
3) Номинальный момент на валу двигателя:
4) Координаты точки номинального режима на естественной механической характеристики:
;
.
5) Номинальное сопротивление двигателя:
6) Сопротивление резистора M, соответствует искусственной механической характеристике с координатой частоты вращения:
7) Механические характеристики ЭП с рассматриваемым двигателем на рис.3:
Рис.2. Естественная и искусственная механические характеристики
На рис.2 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика. В режиме искусственной механической характеристики вводится понятие номинального сопротивления, представляющего собой сопротивление RНОМ, каким должна обладать цепь якоря двигателя, чтобы при подведенном к неподвижному якорю напряжении UНОМ ток в цепи якоря был бы номинальным IЯНОМ:
Задача 2
Рассчитать координаты необходимые для построения естественной и искусственной механической характеристики ДПТНВ типа ПБС-62, если внешнее сопротивление в цепи якоря rдоб=2,4Ом.
Номинальные данные двигателя:
мощность РНОМ=11кВт;
напряжение UНОМ=220В;
частота вращения nНОМ=800 об/мин;
КПД ηНОМ=76%.
Решение:
1) Номинальный ток якоря:
2) Номинальное сопротивление двигателя:
3) Сопротивление обмоток в цепи якоря:
4) Пограничная частота вращения:
5) Номинальный момент:
6) Частота вращения в режиме искусственной механической характеристики при номинальном моменте нагрузки:
7) По координатам n0=908,5об/мин, nНОМ=800 об/мин и MНОМ=131,3Н·м строят естественную механическую характеристику; а по координатам n0=908,5об/мин, n'НОМ=148об/мин и MНОМ=131,3Н·м, строят искусственную механическую характеристику.
Рис.3. Естественная и искусственная механические характеристики
На рис.3 цифрой 1 обозначена естественная характеристика, а цифрой 2 искусственная характеристика.
РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДПТ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ
Рис.4. Схема ДПТ последовательного возбуждения
Задача 3
Построить естественную механическую характеристику для ДПТПВ с техническими данными:
IЯНОМ=65,7A;
PНОМ=11кВт;
UНОМ=220B;
nНОМ=800 об/мин.
Решение:
1) Номинальное значение момента
2) Определяем сопротивление резистора rдоб
3) Пограничная частота вращения:
4) Частота вращения в режиме искусственной механической характеристики при номинальном моменте нагрузки:
5) По полученным данным строим естественную механическую характеристику (график проходящий через точку А1)
6) При расчете искусственных характеристик задаемся относительными значениями тока нагрузки и по универсальным естественным характеристикам определяем величины, необходимые для построения естественной характеристики двигателя сначала в относительных единицах, затем в именованных.
|
I* |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
0,5 |
0,35 |
|
M* |
2,5 |
1,65 |
1,0 |
0,4 |
0,35 |
|
n* |
0,6 |
0,8 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
|
I, А |
131,4 |
98,5 |
65,7 |
32,8 |
22,9 |
|
M, Н·м |
328,2 |
216,7 |
131,3 |
52,5 |
46 |
|
n, об/мин |
480 |
640 |
800 |
1200 |
1600 |
Рис.5. График естественной механической характеристики.
Задача 4
Для двигателя последовательного возбуждения (см задача выше) определить сопротивление резистора rдоб, при включении которого в цепь якоря искусственная механическая характеристика пройдет через т А2 с координатами: MНОМ=131,3Н·м, nНОМ=148 об/мин.
Решение:
1) Номинальное сопротивление двигателя:
2) КПД в номинальном режиме:
3) Сопротивление обмоток в цепи якоря:
4) Сопротивление резистора rдоб
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОГО РЕЖИМА. Нагрузка продолжительная неизменная
Задача 1
Определить расчетную мощность трехфазного АД для привода механизма, работающего в продолжительном режиме S1. Привод нерегулируемый, статический нагрузочный момент механизма Н·м, требуемая частота вращения об/мин, КПД механизма
По условиям эксплуатации требуется двигатель закрытого исполнения IP44; расположение вала горизонтально; крепление двигателя фланцевое.
Решение:
Расчетная мощность двигателя:
.
По каталогу на АД серии 4А выбираем двигатель 4А160S2У3 со следующими данными:
; ; ; перегрузочная способность ; кратность .
Нагрузка продолжительная переменная.
Задача 2
Для ЭП главного двигателя токарного станка необходим трехфазный АД серии АИР. Частота вращения об/мин. Пуск двигателя выполняется без нагрузок. Нагрузочная диаграмма представлена в виде таблицы.
|
Р, кВт |
10 |
8 |
9 |
15 |
12 |
|
t, с |
5 |
6 |
7 |
8 |
8 |
Решение:
. Используем метод средних потерь:
) Среднее значение мощности:
двигатель постоянный ток
) Принимаем предварительно двигатель номинальной мощностью:
кВт.
По каталогу: 4А160S2У3; ; об/мин; КПД ; ; перегрузочная способность ; кратность пускового момента ; кратность пускового тока .
) Коэффициент нагрузки для участков нагрузки диаграммы:
;
; ; ;
.
) Определить соотношение постоянных потерь в двигателе к номинальным , для трехфазного АД короткозамкнутым ротором:
Таблица - Определение коэффициента соотношения постоянных потерь
|
Тип двигателя |
Коэффициент |
|
АД общего назначения |
|
С короткозамкнутым ротором АД крановые с короткозамкнутым ротором АД крановые с фазным ротором |
0,5 - 0,7 0,4 - 0,5 0,6 - 0,9 |
|
Двигатели постоянного тока |
|
|
Независимого возбуждения крановые |
0,5 - 0,9 1,0 - 1,5 |
Согласно таблице 1 .
) Потери при номинальной нагрузке для выбранного двигателя:
кВт.
) Определить потери для участков нагрузки диаграммы:
;
; ;
; ; .
) Средние потери в двигателе:
.
Так как 1,62<2,04 то перерасчета мощности не требуется.
) Наибольшая мощность по нагрузочной диаграмме равна 17кВт, что превышает номинальную мощность выбранного двигателя. Поэтому требуется проверка двигателя на перегрузочную способность. Момент нагрузки на четвертом участке:
,
где - частота вращения на четвертом участке.
- синхронная частота вращения;
- частота переменного тока Гц, p - число пар полюсов.
Для ;
, об/мин
Момент двигателя при полной мощности
Превышение момента:
Перегрузочная способность выбранного двигателя при номинальной нагрузке . Устойчивая работа двигателя обеспечена.
Используем метод эквивалентной мощности:
По каталогу выбираем двигатель ближайшей большей номинальной мощностью 15кВт, типоразмер АИР16094У3.
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЖИМА
Задача 3
Для электропривода заслонки трубопровода требуется 3-х фазный двигатель с частотой вращения n=650±10 об/мин. Режим работы кратковременный tр=10 мин. Статический момент сопротивления МС=75 Н·м. Двигатель закрытого исполнения, способ монтажа IM1001, климатические условия У3.
Решение:
) Требуемая мощность двигателя:
кВт
) Выбираем двигатель серии АИР, степень защиты IP44; постоянная нагревания ТН=30 мин, относительное значение времени рабочего цикла:
) По графику определяем коэффициент механической перегрузки рМ=2,6, график представлен на рис.1.
Рис1.- Монограмма для определения коэффициента механической перегрузки
4) Мощность двигателя продолжительного режима, используемого в кратковременном режиме:
кВт.
) По каталогу выбираем 4А112МА8У3:
РНОМ=2,2 кВт; ; ; .
) Учитывая перегрузку двигателя, определяем частоту вращения при кратковременном режиме нагрузки РКР=5,11 кВт:
об/мин,
где частота вращения двигателя в продолжительном режиме
об/мин.
) Момент на валу двигателя, соответствующий кратковременной нагрузке РКР=6,84 кВт и частоте вращения nКР=n1НОМ=518 об/мин:
.
) Номинальный вращающий момент в продолжительном режиме:
.
) Максимальный момент:
.
) Действительная перегрузочная способность двигателя:
.
При возможном уменьшении напряжения сети на 5% перегрузочная способность двигателя составит:
.
) Пусковой момент двигателя
,
что превышает статический момент МС=75 Н·м.
Выбранный двигатель не удовлетворяет требованиям электропривода по пусковому моменту и перегрузочной способности.
РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДЛЯ ПОВТОРНО-КРАТКОВРЕМЕННОГО РЕЖИМА
Задача 4
Для ЭП подъемного механизма необходимо рассчитать мощность двигателя методом эквивалентного момента и выбрать трехфазный асинхронный двигатель с К3Р для повторно-кратковременного режима работы S3 в соответствии с нагрузочной диаграммой со следующими значениями:
|
М, Н·м |
30 |
40 |
45 |
|
t, с |
20 |
5 |
15 |
Время паузы tП=50 с. Частота вращения n=1390±10 об/мин. Пуск двигателя под нагрузкой.
Решение:
) Эквивалентный момент
.
где
Время работы: :
) Эквивалентная мощность двигателя:
кВт.
) Продолжительность цикла при β=0,5:
.
β - коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателей.
При частоте вращения n≤0,2nНОМ принимают β=β0;
при частоте вращения 0,8 nНОМ ≥n≥ 0,2nНОМ принимают β=0,5(1+β0);
при частоте вращения n≥0,8 nНОМ принимают β=1.
Значения β0 зависят от исполнений двигателей по способам защиты и охлаждения.
Таблица 2 - определение коэффициента β0
|
Способ защиты |
Значение коэффициента β0 |
|
Закрытый с независимой вентиляцией |
1 |
|
Закрытый с естественным охлаждением |
0,97 |
|
Закрытый с самовентиляцией |
0,5 |
|
Защищенный с самовентиляцией |
0,3 |
) Расчетное значение относительной продолжительности включения:
.
) Выбираем из ряда значений ПВ % (15, 25, 40, 60) ближайшее большее значение. Мощность двигателя при ПВ=60%:
кВт.
) По каталогу краново-металлургической серии МТКН выбираем АД с К3Р МКТН411-86:
кВт при ; ; , ; ;
РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Задача 1. Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР 180 М2, используемый в качестве электропривода насосного агрегата консольного типа марки ВК 10/45, предназначенного для перекачивания воды для технических нужд, негорючих и нетоксичных жидкостей, имеет следующие номинальные данные: мощность на валу Р2н=30 кВт; скольжение Sн=0,025 (2,5%); синхронная частота вращения n1н=3000 об/мин; коэффициент полезного действия ηн= 0,905 (90,5%); коэффициент мощности обмотки статора cos φн=0,88. Известны также: отношение пускового момента к номинальному Мп /Мн=1,7; отношение пускового тока к номинальному Iп/Iн=7,5; отношение максимального (критического) вращающего момента к номинальному Мmax/Mн=2,7. Питание двигателя осуществляется от промышленной сети переменного тока 380/220 В, 50 Гц. Требуется определить:
номинальную частоту вращения ротора двигателя;
вращающий номинальный, критический и пусковой моменты двигателя;
мощность, потребляемую двигателем из сети Р1н;
номинальный и пусковой токи;
5)пусковой ток и вращающие моменты, если напряжение в
сети снизилось по отношению к номинальному на 5, 10 и 15% (Uc = 0,95∙Uн; Uc = =0,9∙Uн; Uc = 0,85∙Uн).
РЕШЕНИЕ.
1. Номинальная частота вращения:
n2н = n1н∙(1 - Sн) = 3000∙(1 - 0,025) = 2925 об/мин.
. Номинальный вращающий момент на валу:
Мн=9,55∙
. Пусковой вращающий момент двигателя:
Мп = 1,7∙Мн = 1,7∙97,95 = 166,5 Н∙м.
. Максимальный вращающий момент:
Мmах = 2,7∙Мн = 2,7∙97,95 = 264,5 Н∙м.
. Номинальную мощность Р1н, потребляемую двигателем из сети, определим из выражения:
ηн=Р2н/Р1н Р1н= Р2н/ ηн = 30/0,905 = 33,15 кВт;
при этом номинальный ток, потребляемый двигателем из сети, может быть определен из соотношения:
Р1н=
а пусковой ток при этом будет:
In = 7∙I1н = 7,5∙57 = 427,5 А.
6. Определяем вращающий момент при снижении напряжения в сети:
− на 5%. При этом на двигатель будет подано 95% UH, или U = 0,95∙Uн. Так как известно, что вращающий момент на валу двигателя пропорционален квадрату напряжения М ≡U2, то он составит (0,95)2 = 0,9 от номинального. Следовательно, пусковой вращающий момент будет:
М5% = 0,90∙Мп = 0,9∙166,5 = 149,9 Н∙м;
− на 10%. При этом U =0,9∙Uн;
M10% = 0,81∙Мп = 0,81∙166,5 = 134,9 Н∙м;
− на 15%. В данном случае U=0,85∙Uн;
М15% = 0,72∙166,5 = 119,9 Н∙м.
Отметим, что работа на сниженном на 15% напряжении сети допускается, например, у башенных кранов только для завершения рабочих операций и приведения рабочих органов в безопасное положение.
. Находим, как влияет аналогичное снижение напряжения на пусковой ток двигателя Iп:
− на 5%. Учитывая, что пусковой ток можно приближенно считать пропорциональным первой степени напряжения сети, получим:
Iп5% ≈0,95∙Iп = 0,95∙427,5 = 406,1 А;
− на 10%:
Iп10% ≈0,9∙Iп = 0,9∙427,5 = 384,8 А;
− на 15% :
Iп15% ≈0,85∙Iп = 0,85∙427,5 = 363,4 А.
Задача 2
Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа АИР 13256 имеет следующие номинальные данные: мощность на валу Р2н=5,5 кВт; скольжение Sн=0,04 (4%); синхронная частота вращения n1н=1000 об/мин; коэффициент полезного действия ηн = 0,85 (85%); коэффициент мощности обмотки статора cos φн = 0,8. Известны также: отношение пускового момента к номинальному Мп /Мн=2; отношение пускового тока к номинальному Iп/Iн=7; отношение максимального (критического) вращающего момента к номинальному Мmax/Mн=2,2. Питание двигателя осуществляется от промышленной сети переменного тока 380/220 В, 50 Гц.
Определить мощность, потребляемую двигателем из промышленной сети переменного тока 220/380В, 50Гц, ток в цепи статора при включении в сеть 220/380В и 220/127В, номинальные вращающий момент на валу двигателя.
РЕШЕНИЕ.
. Мощность, потребляемая трёхфазным двигателем из сети при номинальном режиме работы:
Р1н = Р2н/ηн = 5,5/0,85 = 6,47 кВт.
. Ток, потребляемый обмоткой статора из сети при соединении обмотки:
− звездой:
− треугольником:
. Номинальный вращающий момент на валу двигателя.
Сначала найдём номинальную частоту вращения:
n2н = n1н∙(1 - Sн) = 1000∙(1 - 0,04) = 960 об/мин.
. Находим число пар полюсов р обмотки статора, имея в виду, что частота промышленной сети f= 50 Гц:
Задача 3
Для привода промышленной вентиляционной установки используется трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типоразмера АИР 13256. Используя его технические данные, приведенные в задаче 2, построить для него механическую характеристику в виде зависимости n2=f(М).
РЕШЕНИЕ.
1. Из выражения:
где n2н - частота вращения ротора двигателя при номинальной нагрузке;
n1 - синхронная частота вращения магнитного поля статора (в этом случае n1 = 1000 об/мин);
Sн - скольжение при номинальной нагрузке (SH=0,04)
Определяется величина частоты вращения ротора двигателя в номинальном режиме:
n2н = 1000∙(1 - 0,04) = 960 об/мин.
. По значениям Sн и , находим критическое скольжение:
. Находим номинальный Мном и максимальный (критический) Мmах моменты:
. Для построения механической характеристики воспользуемся формулами:
,
где S - текущее значение скольжения.
Задаваясь значениями S от 1 до 0, с требуемым шагом (например так, как показано в таблице 3) вычисляем величины n и М, им соответствующие. Результаты заносим в эту таблицу и по ним строим механическую характеристику n2=f(М).
На ней отметим (*)А, соответствующую номинальному режиму работы.
Таблица 1 - Результаты расчета механической характеристики электродвигателя
|
S |
1,0 |
0,8 |
0,6 |
0,4 |
0,2 |
SК =0,17 |
0,1 |
0,05 |
SН =0,04 |
0,02 |
0,01 |
0 |
|
n, об/мин |
0 |
200 |
400 |
600 |
800 |
830 |
900 |
950 |
960 |
980 |
990 |
1000 |
|
M, Н·м |
39,8 |
48,9 |
63,1 |
86,6 |
118,7 |
120,3 |
105,1 |
65,1 |
53,6 |
27,9 |
14,1 |
0 |
Рисунок 1 - Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя п2 = f(M).