Расчет машин постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчет машин постоянного тока

Задача №1. «Построение внешних характеристик генераторов постоянного тока с независимым и параллельным возбуждением»

1. Рассчитать шаги секционных сторон обмотки якоря.

2. Построить характеристику холостого хода и характеристический треугольник, соответствующий номинальному режиму генератора.

Определить ток возбуждения и сопротивление реостата в цепи возбуждения генератора параллельного возбуждения при номинальной нагрузке.

3. Построить внешние характеристики генераторов с независимым и параллельным возбуждением. Определить для них номинальное изменение напряжения.

4. Для заданной электрической машины, работающей в режиме электродвигателя параллельного возбуждения, рассчитать и построить скоростную характеристику n = ?(Iя).

Определение исходных данных

Данные для расчёта обмотки якоря к пункту 1 представлены в таблице 1. Данные находят по последней цифре шифра студента.

Данные для расчётов пунктов 2, 3, 4 берут из таблиц 2 и 3. В таблице 2 приведены исходные номинальные данные машин при частоте вращения 1500 об/мин и напряжении в генераторном режиме 230 В. В таблице 3 представлены номинальные значения частоты вращения и напряжения машины в генераторном и двигательном режимах для заданного варианта.

Пересчёт номинальных данных проводится в следующей последовательности: по последней цифре шифра (номера зачетной книжки) находят в таблице 2 вариант исходных номинальных данных; по предпоследней цифре шифра определяют по таблице 3 заданные частоту вращения и напряжение.

Пересчёт исходных данных проводится по соотношениям:

а) номинальная мощность:

, кВт

где P - исходное значение мощности, равное указанной в таблице 2;

- номинальная частота вращения (таблица 3);

б) ток возбуждения при холостом ходе:

I= I,

где I - исходное значение тока возбуждения (табл.2)

- номинальное напряжение в режиме генератора (табл.3)

в) реакция якоря при номинальном токе якоря в масштабе тока возбуждения:

I= I,

где I - исходное значение реакции якоря (табл. 2)

г) сопротивление обмотки якоря:

,

где - исходное значение сопротивления обмотки якоря (табл. 2).

д) сопротивление обмотки добавочных полюсов:

,

где - исходное значение сопротивления обмотки добавочных полюсов (табл.2)

е) сопротивление обмотки возбуждения

,

где - исходное значение сопротивления обмотки возбуждения (табл.2)

Пример: шифр 005396 соответствует генератору со следующими данными: скорость вращения =3000 об/мин, напряжение

После проведения расчётов результаты заносят в таблицу А.

Таблица А. Номинальные данные машины

Методические указания

К пункту 1: Исходные данные для решения задачи находят в таблице 1 по последней цифре шифра студента.

При определении типа обмотки следует иметь в виду, что в петлевой обмотке 2а=2pz и К - чётные; в волновой обмотке 2а=2, а z и К - нечётные. Исходным данным соответствуют простые равносекционные обмотки.

Таблица шагов обмотки или, иначе говоря, таблица соединений секционных сторон, строится в шагах по элементарным пазам. Между тем в исходных данных указанно число реальных пазов якоря. Для перехода к расчёту шагов по элементарным пазам следует учесть следующее:

число элементарных пазов всегда равно числу коллекторных пластин

;

в одном реальном пазе содержится u элементарных пазов

;

если шаг по реальным пазам определяется соотношением

,

то шаг по элементарным пазам равносекционной обмотки будет:

К пункту 2: При решении задания по пункту 2 исходные данные находят по таблице А. Для построения характеристики холостого хода следует использовать данные табл. Б

Таблица Б. Типичная характеристика холостого хода в относительных единицах

Характеристику холостого хода следует построить в абсолютных единицах. Пересчёт данных осуществляют по формулам:

;

Результаты пересчёта заносят в таблицу В

Таблица В. Характеристика холостого хода генератора

Номинальный ток якоря определяют по выражению:

А

Характеристику холостого хода, как и другие характеристики, в контрольной работе строят на миллиметровой бумаге в удобном для построения масштабе. Масштаб наносите по осям координат, начиная с нуля. На концах осей координат с нанесённым масштабом стрелки не ставят, а указывают наименование и единицу измерения, откладываемого параметра. Точки характеристики наносят строго по расчёту, а сама характеристика проводится по лекалу.

Катет характеристического треугольника, соответствующий падению напряжения в цепи якоря и щёточном контакте, находят по формуле:

(1)

где - падение напряжения в щёточном контакте (следует принимать ).

Катет характеристического треугольника, соответствующий току , определён ранее при расчёте номинальных данных генератора (табл. А). Его нужно отложить в масштабе, принятом для тока возбуждения.

Для нахождения тока возбуждения при номинальной нагрузке следует вычислить по уравнению (1), отложить её на характеристике холостого хода (точка ) и построить характеристический треугольник (рис.1).

По заданному напряжению генератора и найденному номинальному току возбуждения определяют сопротивление цепи возбуждения , а затем и сопротивление реостата в цепи возбуждения

К пункту 3: для построения внешних характеристик следует использовать характеристику холостого хода и характеристический треугольник, рассчитанные в пункте 2.

Построение внешних характеристик - задача графоаналитическая, точки якоря для всех выбранных точек должны быть рассчитаны аналитически по соотношению:

,

где - номинальное значение тока якоря;

- гипотенузы характеристического треугольника соответственно в искомом и номинальном режимах, мм.

Внешние характеристики должны быть построены полностью от режима холостого хода и до режима короткого замыкания при этом должно быть рассчитано не менее 4-6 точек характеристики (включая режимы холостого хода, номинальный, короткого замыкания и критический - для генератора параллельного возбуждения).

Внешнюю характеристику для случая независимого возбуждения следует построить при неизменном токе возбуждения , а для параллельного - при неизменном сопротивлении цепи возбуждения , определённом в пункте 2.

При определении критической точки внешней характеристики генератора параллельного возбуждения необходимо провести касательную к характеристике холостого хода параллельно линии . Точка характеристического треугольника для этого режима должна находиться в точке касания.

При определении тока короткого замыкания генератора параллельного возбуждения следует исходить из уравнения:

Поскольку при коротком замыкании, ток короткого замыкания определяют по выражению:

Примечание:

Приведённое соотношение не учитывает реакции якоря, поэтому в некоторых вариантах следует определить ток короткого замыкания графически. Для этого продолжают полученную ранее часть внешней характеристики до пересечения с осью тока якоря.

К пункту 4: Скоростная характеристика n = ?(Iя) машины постоянного тока, работающей в режиме электродвигателя с параллельным возбуждением аналитически выражается уравнением:

С помощью этого уравнения рассчитать характеристику трудно, если неизвестна величина потока Ф двигателя в воздушном зазоре. Этот поток образуют МДС возбуждения и МДС реакции якоря . Для определения скоростной характеристики применяют косвенный метод, в котором используют характеристику холостого хода машины при номинальной частоте вращения (построена в пункте 2). В качестве исходных данных берутся номинальные данные машины (таблица А). Номинальный ток якоря определён в пункте 2. Порядок расчёта скоростной характеристики следующий:

1. Задаёмся значениями тока якоря:

2. Для каждого значения тока якоря определяем ЭДС при неизвестном значении частоты вращения n, пользуясь уравнением:

Примечание. При = 0 падение напряжения под щётками принять равным нулю, при остальных токах - равным 2В.

3. Определяем ток возбуждения двигателя

4. Для каждого значения тока якоря находим часть тока возбуждения двигателя, обеспечивающую создание рабочего потока Ф в воздушном зазоре с учётом действия реакции якоря

генератор постоянный ток двигатель

Ток принимается по таблице А.

5. Для каждого значения тока по характеристике холостого хода (рис. 1) определяют ЭДС , которая была при вращении машины с частотой вращения (табл. А).

6. Для каждого значения тока якоря находят частоту вращения двигателя по соотношению . Оно получено из отношения выражений и ( определено в пункте 2, а в пункте 5 расчёта для одних и тех же значений тока якоря и потока в зазоре).

Следует провести в работе полный расчёт частоты вращения двигателя для всех заданных значений тока якоря; затем результаты занести в таблицу Г.

Таблица Г. Результаты расчёта скоростной характеристики

По данным таблицы Г строится скоростная характеристика

Таблица 1. Данные для расчёта шагов секций обмотки

Таблица 2. Исходные номинальные данные генератора при напряжении U=230 В и частоте вращения n=1500 об/мин

Таблица 3. Номинальные частоты вращения и напряжения машин постоянного тока

Примечание. Если напряжение и частота вращения генератора, взятые из таблицы 3, не равны, соответственно, 230 В и 1500 об/мин, то номинальные данные рассчитывают согласно указаниям по определению исходных данных.

Задача №2. Построение механической и искусственных характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением

Исходными данными являются паспортные данные двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, которые приведены в таблице 2. Вариант выбирается следующим образом № варианта по последней цифре, а тип двигателя по предпоследней цифре зачетной книжки (в случае нечетной цифры - тип №1, четной - тип №2). Например для № 061288 соответствует вариант №8, тип двигателя №2.

1. номинальное напряжение на зажимах двигателя Uн ;

2. механическая (полезная) мощность P2Н;

3. номинальная частота вращения якоря nН;

4. номинальный коэффициент полезного действия

5. сопротивление цепи якоря RЯ;

6. сопротивление обмотки возбуждения RВ;

7. индуктивность цепи якоря LЯ;

В ходе расчета необходимо:

1. Рассчитать и построить по двум точкам (холостой ход и нагрузка номинальным моментом) естественную механическую характеристику и три искусственных характеристику для случаев:

· напряжение на якоре меньше номинального на 20%;

· добавочное сопротивление в цепи якоря составляет RРЯ= 4 RЯ ;

· магнитный поток меньше номинального на 10%.

Результаты расчета представить в табличной форме (Таблица 1):

Таблица 1. Результаты расчета механических характеристик

2. Определить электромагнитную постоянную времени обмотки якоря.

Таблица 2. Данные двигателей постоянного тока

Основные формулы для расчетов:

1. Ток возбуждения двигателя

2. Номинальный потребляемый ток двигателя

3. Ток обмотки якоря

4. Номинальный момент двигателя

где угловая частота вращения:

5. ЭДС обмотки якоря при номинальной нагрузке в режиме двигателя

Падение напряжения в переходном контакте щеток обычно принимают

6. Электромагнитный момент

где k - постоянный для данной машины коэффициент

7. Электромагнитная постоянная цепи якоря

Размещено на Allbest.ru