Исследование характеристик машин

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН

ПЕРЕМЕННОГО И ПОСТОЯННОГО ТОКА

В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

 

Учебно-методическое пособие

к курсовой работе

 

 

Ростов-на-Дону

 

УДК 621.313.333

Трубицина, Н.А.

Исследование характеристик машин переменного и постоянного тока в различных режимах работы: учебно-методическое пособие к курсовой работе / Н.А. Трубицина, М.Ю. Пустоветов М.А. Трубицин; Рост. гос. ун-т путей сообщения. – Ростов н/Д, 2013. – 34 с. – Библиогр.: 5 назв.

 

Приведены методики и примеры расчета асинхронного двигателя с фазным и короткозамкнутым ротором в различных режимах работы. Содержатся основные технические данные двигателей различных типов.

Предназначено для студентов специальностей «Электромеханика», «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте», по дисциплинам: «Электрический привод» и «Электрические машины».

Рекомендовано к изданию кафедрой «Электрические машины и аппараты».

 

 

Рецензент канд. техн. наук, доц. Н.К. Колесников

Ростовский филиал «МГАВТ»

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Приводом называет устройство, предназначенное для приведения в действие машин и механизмов. Привод, в котором в ка­честве двигателя применяется электрический двигатель, называет электрическим приводом или электроприводом (ЭП).

ГОСТ дает следующее определение ЭП: электро­привод –электромеханическая система, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение исполнитель­ных органов рабочей машины (ИОРМ) и управления этим движением. Структура ЭП представлена на рисунке1.

 

Рисунок 1. – Структура электропривода

 

Преобразовательное устройство (1) предназначено для преобра­зования электрической энергии (I,U,f), используемой в ЭП.

Электродвигательное устройство (2) предназначено для преобразования электрической энергии в механическую.

Передаточное устройство (3) предназначено для передачи ме­ханической энергии от электродвигателя к ИОРМ и согласования вида и скоростей их движе­ния. В отдельных случаях преобразовательные и передаточные устройства могут отсутствовать.

Управляющее устройство (4) обеспечивает заданный режим работы ЭП и выполняет автоматический пуск, реверсирование, торможе­ние, регулирование и стабилизацию частоты вращения и т.д.

Широкое распространение ЭП обусловлено рядом его достоинств: простота подвода энер­гии, удобство эксплуатации, простота осуществления автоматизации управления, малые габариты и вес, высокий КПД, надежность работы и быстродействие, широкий диапазон мощностей, больше пределы регулирования частоты вращения и т.д.

В качестве электродвигательного устройства могут быть использованы как двигатели постоянного тока (обычно независимого или параллельного возбуждения), так и переменного (чаще всего асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором).

Таблица 1. – Исходные данные к задаче 1

 

Технические данные асинхронных двигателей с фазным ротором (U_1Л = 380 В; U_1ф = 220 В; f = 50 Гц)

№ п/п	Тип двигателя	Рн, кВт	nн, об/мин	Мк/Мн	Статор	Ротор
I1н, А	I0, А	r1, Ом	х1, Ом	r2, Ом	х2, Ом	Ке	J, кг·м^2
	МТ-62-10			3,2			0,0652	0,186	0,028	0,0547	1,73	4,37
	МТ-63-10			2,9		73,8	0,0549	0,16	0,0332	0,0704	1,42	5,5
	МТ-71-10			3,3			0,0275	0,113	0,0266	0,068	1,21
	МТВ512-8			2,8			0,08	0,17	0,072	0,24	1,21	1,4
	МТВ611-10			3,0			0,087	0,189	0,027	0,046	1,93	4,25
	МТВ612-10			3,0			0,055	0,142	0,033	0,062	1,44	5,25
	МТВ613-10			3,0			0,042	0,107	0,038	0,078	1,12	6,25
	МТМ613-10			2,9			0,061	0,14	0,0366	0,078	1,28	6,25
	МТМ711-10			2,7			0,033	0,122	0,0159	0,067	1,45	10,25
	МТН711-10			2,3			0,026	0,078	0,017	0,077	1,74	12,8
	МТН712-10			2,3			0,02	0,064	0,0189	0,091	1,21	16,34
	МТН713-10			2,1			0,014	0,038	0,021	0,052	1,78	14,56
	4МТН280М6			3,3			0,025	0,08	0,024	0,083	1,1	4,1
	МТ-72-10			3,3			0,0199	0,0877	0,0299	0,0817	0,97
	МТ-73-10			2,2			0,0151	0,0731	0,0337	0,098	0,808	9,2
	МТВ711-10			2,8			0,025	0,096	0,017	0,066	1,28	10,25
	МТВ712-10			2,8			0,016	0,08	0,02	0,082	1,01	12,7
	МТВ713-10			2,8			0,012	0,061	0,022	0,098	0,84
	МТМ712-10			2,4			0,022	0,094	0,018	0,082	1,13	9,4
	МТМ713-10			2,5			0,0183	0,081	0,02	0,098	1,107	11,9
	МТМ612-10			2,8			0,088	0,176	0,0313	0,0625	1,5	5,25
	МТН611-10			2,6		78,1	0,086	0,18	0,0274	0,176	1,62	7,68
	МТН612-10			2,6		88,7	0,06	0,136	0,02	0,098	1,107	11,5
	МТН613-10			1,95			0,042	0,102	0,0384	0,0988	1,26	4,75
	4АНК250М4			2,5			0,0273	0,089	0,0264	0,0816	1,444	1,84

Примечание:

для расчетов в режиме электродинамического торможения варианты:

с 1 по 5 используют схемы а) и в), отношения: I_П/I₀ =1,5; для схемы а) I_П/I_1а =1,23; для схемы в) I_П/I_1в =1,41;

с 6 по 10 – схемы б) и г), отношения: I_П/I₀ =2,0; для схемы б) I_П/I_1б =1,06; для схемы г) I_П/I_1г =2,12;

с 11 по 15 используют схемы в) и д), отношения: I_П/I₀ =2,5; для схемы в) I_П/I_1в =1,41; для схемы д) I_П/I_1д =2,45;

с 16 по 20 – схемы а) и г), отношения: I_П/I₀ =3,0; для схемы а) I_П/I_1а =1,23; для схемы г) I_П/I_1г =2,12;

с 21 по 25 – схемы б) и д), отношения: I_П/I₀ =3,5; для схемы б) I_П/I_1б =1,06; для схемы д) I_П/I_1д =2,45.

Схемы включения обмоток статора АД в сеть постоянного (выпрямленного) напряжения приведены на рисунке 2.

 

 

Рисунок 2. – Схемы включения обмоток статора АД в сеть постоянного (выпрямленного) напряжения

Задача 1

Пример расчета АД с фазным ротором

Рассчитать ступенчатый пуск, и исследовать статические характеристики асинхронного двигателя (АД) с фазным ротором в двигательном режиме и в режиме электродинамического торможения, а также переходной процесс АД в двигательном режиме. Основные параметры двигателя приведены в таблице 2.

 

Таблица 2. – Параметры АД с фазным ротором

Тип двигателя	Р2н, кВт	n2н, об/мин	Uлн/Uфн, В	f, Гц	р	Мк/Мн	I1н, А
МТН-511			380/220			2,3
I0, А	r1, Ом	x1, Ом	r2, Ом	х2, Ом	Кe	Jд, кг·м^2
47,4	0,0164	0,0232	0,0124	0,0448	1,645

 

 

 

 

Задача 2

Пример расчета АД с короткозамкнутым ротором

В задаче требуется:

1 Рассчитать рабочие характеристики асинхронного двигателя (АД) и построить зависимости частоты вращения , вращающего момента , тока обмотки статора , потребляемой мощности , коэффициента мощности и коэффициента полезного действия (КПД) в функции полезной мощности : (.

2 Расчет следует выполнить для значений скольжения

3 Для каждой величины скольжения нужно определить [1]:

величины тока холостого хода

- активные ,

- реактивные ,

- действующие ;

величины тока статора

- активные ,

- реактивные ,

- действующие ,

величины тока ротора

- активные ,

- реактивные ,

- действующие ;

величины мощности

- потребляемую ,

- преобразованную ,

- полезную ;

коэффициенты мощности

и ;

КПД

;

частоту вращения ротора

;

момент на валу

.

Исходные данные к задаче 2 приведены в таблице 4.

Вариант № 39

 

Номинальная мощность на валу Р_2н, Вт 15000

Номинальное линейное напряжение U_1н, В 380

Синхронная угловая частота n_1н, об/мин 1500

КПД η, о.е. 0,89

Коэффициент мощности cosφ_1н, о.е. 0,63

Активное сопротивление цепи намагничивания r^*_m, о.е. 0,15

Индуктивное сопротивление цепи намагничивания х^*_m, о.е. 3,8

Активное сопротивление обмотки статора r^*₁, о.е. 0,026

Приведенное активное сопротивление обмотки ротора r^*/₂, о.е. 0,034

Индуктивное сопротивление обмотки статора х^*₁, о.е. 0,105

Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора х^*/₂, о.е. 0,13

Механические потери мощности Р_мех, Вт 100

 

 

Для расчёта используем Г-образную схему замещения асинхронного двигателя с вынесенным намагничивающим контуром:

Рисунок 7. – Г-образная схема замещения асинхронной машины:

– активное сопротивление фазы обмотки статора; – индуктивное сопротивление фазы обмотки статора; – приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора; – приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора; – активное сопротивление цепи намагничивания; – индуктивное сопротивление цепи намагничивания; – скольжение; – комплексный коэффициент; – ток статора; – намагничивающий ток; – приведенный ток ротора; – напряжение питающей сети

 

Для данной схемы замещения определим номинальные фазные напряжения и фазные токи, а также поправочный коэффициент , учитывая, что обмотка статора соединена по схеме «звезда».

1 Фазное напряжение, В:

; (34)

2 Потребляемая мощность, Вт:

; (35)

3 Фазный ток статора, А:

(36)

Заданные относительные значения сопротивлений переводим в омические.

 

 

4 Коэффициент перевода электрических параметров из относительных единиц в омические, Ом:

; (37)

5 Активное сопротивление цепи намагничивания, Ом:

; (38)

6 Индуктивное сопротивление цепи намагничивания, Ом:

; (39)

7 Активное сопротивление фазы обмотки статора, Ом:

; (40)

8 Индуктивное сопротивление фазы обмотки статора, Ом:

; (41)

9 Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

; (42)

10 Приведённое индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

; (43)

11 Полное активное сопротивление контура намагничивания, Ом:

; (44)

12 Полное индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом:

; (45)

13 Полное эквивалентное сопротивление контура намагничивания, Ом:

; (46)

14 Коэффициент мощности, о.е.:

; (47)

15 Синус угла , о.е.:

; (48)

16 Действующее значение тока холостого хода статора, А:

; (49)

17 Активная составляющая тока холостого хода, А:

; (50)

18 Реактивная составляющая тока холостого хода, А:

; (51)

19 Поправочный коэффициент:

; (52)

Далее, задавшись значениями скольжения , указанными в задании, рассчитываем величины, приведенные в таблице 8.

20 Приведённое активное сопротивление фазы обмотки ротора, Ом:

. (53)

21 Эквивалентное активное сопротивление рабочего контура, Ом:

. (54)

22 Добавочное приведённое активное сопротивление в цепи ротора:

. (55)

23 Приведённое индуктивное сопротивление рабочего контура, Ом:

. (56)

24 Полное приведённое сопротивление рабочего контура, Ом:

. (57)

25 Коэффициент мощности, о.е.:

. (58)

26 Действующее значение тока ротора, А:

. (59)

27 Активная составляющая тока ротора, А:

. (60)

28 Реактивная составляющая тока ротора, А:

. (61)

29 Активная составляющая тока статора, А:

. (62)

30 Реактивная составляющая тока статора, А:

. (63)

31 Действующее значение тока статора, А:

. (64)

32 Коэффициент мощности, о.е.:

. (65)

33 Преобразованная мощность, Вт:

. (66)

34 Добавочные потери, Вт:

. (67)

35 Полезная мощность на валу двигателя, Вт:

. (68)

36 Потребляемая мощность, Вт:

. (69)

37 Частота вращения ротора, об/мин:

. (70)

38 Момент на валу двигателя, Н·м:

. (71)

39 КПД двигателя, о.е.:

. (72)

Все расчеты сводятся в таблицу 8, а рабочие характеристики представлены на рисунке 8.

 

Таблица 3. – Данные расчета рабочих характеристик АД

№ п/п	Расчетные параметры АД	Значение скольжения , о.е.
0,0025	0,005	0,01	0,2	0,3
		77,521	38,761	19,380	0,969	0,646
		77,665	38,905	19,525	1,113	0,790
		77,327	38,567	19,186	0,775	0,452
		1,323	1,323	1,323	1,323	1,323
		77,677	38,927	19,569	1,729	1,541
		1,000	0,999	0,998	0,644	0,513
		2,824	5,636	11,211	126,863	142,334
		2,824	5,633	11,185	81,664	72,970
		0,048	0,192	0,758	97,083	122,206
		3,292	6,101	11,654	82,132	73,438
		10,436	10,579	11,146	107,471	132,593
		10,943	12,212	16,126	135,261	151,572
		0,301	0,500	0,723	0,607	0,485
		1850,62	3675,12	7234,55	37428,9	27483,5
		84,270	84,270	84,270	84,270	84,270
		1666,35	3490,85	7050,28	37244,7	27299,2
		2166,86	4015,47	7670,14	54057,5	48335,3
		1496,25	1492,50	1485,00	1200,00	1050,00
		10,636	22,337	45,340	296,406	248,293
		0,769	0,869	0,919	0,689	0,565

Рисунок 8. – Рабочие характеристики АД

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Копылов, И. П. Электрические машины: учеб. для вузов / И.П. Копылов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высш. шк.: Логос, 2005. – 607 с: ил.

2. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: учеб. для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. – М.; СПб.: Питер, 2007. – 319 с.: ил.

3. Овсянников Е.М.

Электрический привод: учебник / Е.М. Овсянников. – М.: ФОРУМ, 2011. – 224 с.: ил.

4. Кисаримов Р.А.

Электропривод: Справочник. – М.: ИП «РадиоСофт», 2010. – 352 с.: ил.

5. М.Ю. Пустоветов, А.В. Чубукин, М.П. Фуражировский.

Статические и динамические расчеты электроприводов: Метод. указания к курсовому проектированию по дисциплине «Теория электропривода» / РГАСХМ ГОУ, Ростов н/Д, 2005. – 60 с.

 

 

Учебное издание

Пустоветов Михаил Юрьевич

Трубицин Михаил Анатольевич

 

В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

Учебно-методическое пособие

к курсовой работе

 

Редактор А.В. Артамонов

Техническое редактирование и корректура А.В. Артамонова

 

Подписано в печать 28.12.2010. Формат 60×84/16.

Бумага газетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,4.

Уч.-изд. л. 1,33. Тираж 100 экз. Изд. № 80. Заказ №

 

Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2

 

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МАШИН