Двигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

Краново-металлургический двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, тихоходный 220 В, ПВ = 40 %.

Тип двигателя	Мощность Р, [кВт]	Номинальная частота вращения	Ток якоря	Сопротивление якоря	Момент инерции
Д806	16	710	84	0.0675	1.0

Расчет и построение естественных электромеханической и механической характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

асинхронный двигатель электромеханический режим

Естественные электромеханическая и механическая характеристики двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением при пренебрежении реакцией якоря являются прямолинейными и описываются уравнениями:

Уравнения электромеханических и механических характеристик могут быть записаны и для скорости, если учесть, что

где n - частота вращения двигателя, ;

- номинальное напряжение сети, [В];

- сопротивление якоря двигателя, [Ом];

с, к - конструктивные коэффициенты двигателя;

- номинальный магнитный поток двигателя, [В];

- скорость двигателя, ;

- номинальный момент.

В связи с прямолинейностью естественные характеристики могут быть построены по двум точкам, соответствующим номинальному и пограничному или пусковому режимам работы. Номинальному режиму работы отвечают точки с координатами:

при для электромеханической характеристики;

при для механической характеристики;

Вторые точки характеристик могут быть определены для пограничного или пускового режимов в естественных условиях.

Пограничному режиму соответствует , поэтому пограничная частота вращения двигателя как для электромеханической, так и для механической характеристик будет:

Имея в виду, что

получим

Пусковому режиму, в свою очередь, отвечает . Здесь на основании приведенных выше и можно написать:

Значение для последнего выражения можно определить из формулы:

Характеристики следует строить для одного направления вращения в диапазоне от идеального холостого хода до режима стоянки под током.

Расчет и построение искусственных электромеханических и механических характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Искусственные электромеханические и механические характеристики двигателя с параллельным возбуждением могут быть построены как естественные, по двум точкам характерных режимов работы, вычисленным по формулам электромеханической и механической характеристик для новых значений измененного параметра. Для этого по формулам и определяют ток (момент) стоянки при и пограничную частоту вращения при .

первая искусственная характеристика:

пусковой ток двигателя:



обороты идеального холостого хода:

пусковой момент двигателя:

угловая частота двигателя:

вторая искусственная характеристика:

пусковой ток двигателя:

обороты идеального холостого хода:

пусковой момент двигателя:

угловая частота двигателя:

третья искусственная характеристика:

пусковой ток двигателя:



обороты идеального холостого хода:

пусковой момент двигателя:

угловая частота двигателя:

Значения и рассчитываются для номинального режима работы машины. При одновременном изменении двух и большего числа параметров принцип расчета характеристик остается таким же.

По полученным значениям строят искусственные характеристики, каждая из которых отвечает случаю изменения, по сравнению с номинальными, только одно параметра.

Электромеханическая характеристика

Механическая характеристика

Краново-металлургический двигатель переменного тока с фазным ротором 380 В, 50 Гц, ПВ = 40 %.

Тип двигателя	Мощность Р, [кВт]	Номинальная частота вращения
4МТН 200L8	22	935
Статор	Ротор
0.235	0.27	0.054	0.098	235	0.57

Расчет и построение естественной механической характеристики асинхронного двигателя

Естественная механическая характеристика может быть построена по номинальным данным с помощью формулы Клосса:

где М, - текущий и максимальный моменты электродвигателя, ;

S, - текущее и критическое скольжение двигателя;

- постоянная двигателя.

где m - число фаз двигателя (для трехфазного двигателя m = 3);

- активное сопротивление фазы статора двигателя, [Ом];

- активное приведенное к статору сопротивление фазы ротора электродвигателя, [Ом];

- индуктивное сопротивление фазы машины (статора и приведенное ротора).

В свою очередь:

где - частота промышленного тока;

р = 3 - число пар полюсов машины.

где , - активное и индуктивное сопротивления фазы ротора до приведения;

- коэффициент трансформации двигателя.

где - фазная э.д.с. неподвижного ротора.

где - линейная э.д.с. неподвижного ротора.

Расчет и построение искусственных механических характеристик асинхронного двигателя

Порядок расчета искусственных механических характеристик такой же, как для расчета естественных. Вначале определяются критическое скольжение и максимальный момент для заданных условий, а затем по формуле Клосса - значения текущих моментов, соответствующих выбранным значениям скольжения. По полученным данным в осях n(S) и М строятся искусственные механические характеристики.

Первая искусственная механическая характеристика:

		x		p

Текущий момент электродвигателя:



Максимальный момент электродвигателя:

- фазное напряжение двигателя;

- линейное напряжение.

Вторая искусственная механическая характеристика:

		x		p

Текущий момент электродвигателя:

- постоянная двигателя.

Максимальный момент электродвигателя:

- критическое скольжение дв - я.

 - активное сопротивление фазы статора двигателя.

Третья искусственная механическая характеристика:

				p

Текущий момент электродвигателя:

Максимальный момент электродвигателя:

- критическое скольжение двигателя

- индуктивное сопротивление фазы машины (статора и приведенное ротора).

Четвертая искусственная механическая характеристика:

		х		p

Текущий момент электродвигателя:

Максимальный момент электродвигателя:



Угловая скорость вращения магнитного поля двигателя:

где - частота промышленного тока;

- обороты холостого хода.

Пятая искусственная механическая характеристика:

		х

Текущий момент электродвигателя:

Максимальный момент электродвигателя:

Угловая скорость вращения магнитного поля двигателя:

- число пар полюсов машины.



Расчет и построение пусковых диаграмм для двигателей с прямолинейными характеристиками

Основной задачей расчета является определение числа и величин ступеней сопротивления пускового реостата.

Графический метод.

Номинальный момент электродвигателя:

Пусковой момент электродвигателя:

, где

, где

Обороты холостого хода электродвигателя:

Номинальные обороты электродвигателя:

При графическом способе расчета целесообразно масштаб сопротивления определить при пусковой нагрузке:

где - сопротивление ротора.

, где

, где

, где

, где

Аналитический метод.

Коэффициент переключения:

Число секций реостата:

Значения сопротивлений отдельных ступеней:

Полное сопротивление цепи фазы ротора при пуске может быть рассчитано по вытекающему из пусковой диаграммы выражению:



где номинальное скольжение:

Результаты графического и аналитического определения числа и величин ступеней сопротивления пускового реостата не должны отличаться более чем на .

Вывод: результаты графического и аналитического методов не превышают допустимую погрешность равную .

Пусковая диаграмма при ступенчатом резисторном пуске двигателя в ход

Расчет и построение графиков механического переходного режима асинхронного двигателя при ступенчатом пуске в ход

Анализ переходных режимов предусматривает определение продолжительности, а также характера изменения основных параметров (частоты вращения, момента на валу) во времени. Для наглядности изменяющиеся параметры изображаются в виде временных диаграмм или графиков переходных режимов. По условию данного пункта задания анализу подлежит механический переходный режим при прямолинейно убывающем избыточном моменте в случае ступенчатого реостатного пуска двигателя в ход.

Для всех ступеней пусковой диаграммы одними и теми же будут:

;

;

;

.

В приведенных формулах индекс х означает порядковый номер характеристики (ступени).

В процессе расчета для каждой из характеристик пусковой диаграммы устанавливается диапазон изменения частоты вращения, а также избыточных моментов, и определяется механическая постоянная времени. После этого вычисляется время разгона.

для 1 - ой ступени.

время разгона:

где J - момент инерции системы, ;

- избыточный момент, ;

t - время, в которое определяется значение переменной, .

механическая постоянная времени:

установившаяся частота вращения для данной ступени пусковой диаграммы:



Характер частоты вращения и момент на валу двигателя при этом можно установить по формулам:

Результаты расчетов для каждой из характеристик пусковой диаграммы заносим в таблицу:

№				Расчет постоянных
1	0	1	0		0	400.22
2	0.10	0.511	0.489		214	314.54
3	0.20	0.261	0.739		323	270.71
4	0.30	0.133	0.867		379	248.30
5	0.40	0.068	0.932		408	236.84
6	0.409	0.064	0.936		410	236.08

для 2 - ой ступени.

время разгона:

механическая постоянная времени:



установившаяся частота вращения для данной ступени пусковой диаграммы:

Характер частоты вращения и момент на валу двигателя при этом можно установить по формулам:

Результаты расчетов для каждой из характеристик пусковой диаграммы заносим в таблицу:

№				Расчет постоянных
1	0	1	0		410	400.22
2	0.05	0.566	0.434		522	324.19
3	0.10	0.320	0.680		585	281.11
4	0.15	0.181	0.819		621	256.72
5	0.20	0.102	0.898		641	242.90
6	0.24	0.064	0.936		652	236.08

для 3 - ой ступени.

время разгона:

механическая постоянная времени:

установившаяся частота вращения для данной ступени пусковой диаграммы:

Характер частоты вращения и момент на валу двигателя при этом можно установить по формулам:

Результаты расчетов для каждой из характеристик пусковой диаграммы заносим в таблицу:

№				Расчет постоянных
1	0	1	0		652	400.22
2	0.05	0.381	0.619		746	291.76
3	0.08	0.214	0.786		771	262.38
4	0.10	0.145	0.855		782	250.37
5	0.12	0.099	0.901		789	242.21
6	0.142	0.064	0.936		794	236.08

для 4 - ой ступени.

время разгона:

механическая постоянная времени:

установившаяся частота вращения для данной ступени пусковой диаграммы:

Характер частоты вращения и момент на валу двигателя при этом можно установить по формулам:



Результаты расчетов для каждой из характеристик пусковой диаграммы заносим в таблицу:

№				Расчет постоянных
1	0	1	0		794	400.22
2	0.01	0.721	0.279		819	351.35
3	0.03	0.375	0.625		850	290.66
4	0.05	0.195	0.805		867	259.09
5	0.08	0.073	0.927		877	237.69
6	0.084	0.064	0.936		878	236.08

для 5 - ой ступени.

время разгона:

механическая постоянная времени:



установившаяся частота вращения для данной ступени пусковой диаграммы:

Характер частоты вращения и момент на валу двигателя при этом можно установить по формулам:

Результаты расчетов для каждой из характеристик пусковой диаграммы заносим в таблицу:

№				Расчет постоянных
1	0	1	0		878	400.22
2	0.010	0.612	0.388		899	332.25
3	0.020	0.375	0.625		912	290.62
4	0.030	0.229	0.771		919	265.12
5	0.040	0.140	0.960		924	249.51
6	0.056	0.064	0.936		928	236.08

график изменения частоты вращения и момента двигателя в переходном режиме.

Продолжительность ступенчатого разгона двигателя от неподвижно состояния до конечной частоты вращения на естественной характеристике аналитически можно определить по следующей формуле:

где - установившаяся частота вращения двигателя на естественной характеристике (номинальная частота вращения).

Вывод: полное время разгона, взятое из графика переходного процесса и рассчитанное аналитически, не отличаются более чем на .

откуда

Расчет и построение графиков электромеханического переходного режима двигателя постоянного тока при разгоне двигателя по естественной характеристике.

Краново-металлургический двигатель постоянного тока параллельного возбуждения, тихоходный 220 В, ПВ = 40 %.

Тип двигателя	Мощность Р, [кВт]	Номинальная частота вращения	Ток якоря	Сопротивление якоря	Момент инерции
Д806	16	710	84	0.0675	1.0

Анализ электромеханических переходных режимов из-за необходимости учета механической и электромагнитной инерций значительно труднее рассмотренных выше механических переходных режимов.

При этом для привода с двигателем постоянного тока при условии постоянства потока и индуктивности обмоток, а также при пренебрежении вихревыми токами и гистерезисом характер протекания переходного процесса можно установить аналитически. Однако следует помнить, что при разгоне от неподвижного состояния привода переходный процесс отличается от процесса при изменении частоты вращения и состоит из двух частей. В первой - пока двигатель неподвижен, происходит чисто электромагнитный переходный процесс изменения тока и момента до тех пор, пока электромагнитный момент не превысит момент сопротивления системы. В этот период времени ток и момент можно определить по формулам:

где

Номинальный момент двигателя:

Во второй части (с началом вращения) переходный процесс будет электромеханическим, а в случае комплексных корней характеристических уравнений расчет переходных процессов может быть выполнен по формулам, полученным с помощью преобразований Эйлера:



где и корни характеристических уравнений:

где механическая постоянная времени машинного устройства:

где пусковой момент двигателя:

Электромагнитная постоянная времени якоря машины:

Время начала переходного процесса:

 - индуктивность цепи.

- нижний предел для компенсированных машин;

- число пар полюсов.

где представляют собой постоянные интегрирования, определяемые из начальных условий переходного режима:

где пусковой ток двигателя:

и

электромагнитный переходный процесс:

t [c]	0	0.00001	0.0001	0.0002	0.0005	0.001	0.00136
I [A]	0	0.642	6.238	12.46	31.05	61.79	84
	0	1.598	15.97	31.90	79.51	158.18	215.34

электромеханический переходный:

t [c]	0.00136	0.03	0.05	0.1	0.2	0.3	0.4
I [A]	84	1045.41	758.13	- 368.26	175.50	121.30	66.39
	215.34	2680.08	1943.58	- 944.10	449.93	310.98	170.20
	0	676.54	1030.25	733.00	792.63	692.36	703.34

График колебательного электромеханического процесса.

Механическая характеристика.

Литература

1. Методические указания к контрольным и курсовой работам (проекту) по курсу «Теория электрического привода». 1993 г.

2. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. «Основы электропривода». М., Госэнергоиздат, 1963 г.

3. Чиликин М.Г. и др. «Основы автоматизированного электропривода». М., Энергия, 1974 г.

4. Шорин В.П. «Теория электрического привода объектов водного транспорта». Учебное пособие. ЛИВТ, 1985 г.

5. Шорин В.П. «Теория электрического привода объектов водного транспорта». Учебное пособие. ЛИВТ, 1990 г.

Размещено на Allbest.ru