Розрахунок параметрів і характеристик електричних машин

Размещено на http://www.allbest.ru

25

Размещено на http://www.allbest.ru

Розрахунок параметрів і характеристик електричних машин

ЗМІСТ

електрична машина трансформатор двигун

1. Завдання №1. Розрахунок магнітного кола електричної машини постійного струму

2. Завдання №2. Побудова характеристик загальнопромислового синхронного генератора за допомогою наближеної векторної діаграми

3. Завдання №3. Побудова характеристики трифазного трансформатора за даними дослідів холостого ходу та короткого замикання(КЗ)

4. Завдання №4. Побудова характеристик трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

5. Висновки

6. Список використаних джерел

Завдання №1. Розрахунок магнітного кола електричної машини постійного струму

Завдання

Розрахувати магнітну характеристику генератора і вибрати для неї таке номінальне значення магнітного потоку Ф_ном, щоб коефіцієнт насичення магнітного кола дорівнював не більше 1,25-1,4.

Дано

Кількість полюсів індуктора: 2р=6.

Кількість пазів якоря: z=25.

Зовнішній діаметр якоря: D_я=75·10^-3 (м).

Повітряний зазор: д=0,6·10^-3 (м).

Радіальна висота полюса: h_n=23·10^-3 (м).

Радіальна товщина ярма статора: h₁=12·10^-3 (м).

Радіальна товщина ярма ротора: h₂=8·10^-3 (м).

Коефіцієнт розсіяння полюсів: К_у=1,2.

Коефіцієнт повітряного зазору: К_д=1,2.

Коефіцієнт заповнення сталлю пакетів якоря та полюсів індуктора: К_с=0,95.

Радіальна висота зубця якоря: h₃=10·10^-3 (м).

Коефіцієнт полюсного перекриття: б=0,7.

Відношення осьової довжини пакета якоря до зовнішнього діаметра: л=0,95.

Відношення ширини прямокутного паза якоря до зубцевого кроку якоря по зовнішньому діаметру: b_n/t₁=0,4.

Відношення ширини осердя полюса до ширини полюсної дуги: b_n/b'_n=0.8

Коефіцієнт насичення: К_нас=1,3.

Табл. 1.1 Крива намагнічування сталі Ст1211.

В, Тл	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6
Н, А/см	0,8	1,6	2,4	3,2	4	4,88	5,84	6,82	7,98	9,24	10,9	12,9	15,9	20,9	28,9	41

Розв'язок

Розрахунок магнітної характеристики генератора і вибір значення магнітного потоку Ф_ном.

Рис. 1.1 Ескіз магнітного кола на пару полюсів.

Рис. 1.2 Ескіз зубчатої зони якоря.

1. Середня довжина магнітної лінії в ярмі статора:

(м);

2. Середня довжина магнітної лінії в ярмі ротора:

(м);

3. Зубцевий крок по зовнішньому діаметрі якоря:

(м);

4. Зубцевий крок на висоті 1/3 h₃ від кореня зубця:

(м);

5. Ширина зубця на висоті 1/3 h₃ від його кореня:

(м),

де (м);

6. Полюсне ділення:

(м);

7. Ширина полюсної дуги:

(м);

8. МРС в повітряному зазорі:

А,

А,

А,

А,

А,

А,

де В_д - магнітна індукція в повітряному зазорі;

9. Величина потоку, що входить в якір:

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

де l - осьова довжина пакета якоря:

(м);

10. Величина потоку, що входить в полюс:

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб;

11. Магнітна індукція, яка пронизує полюс:

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл;

12. Знаходимо напруженість магнітного поля з кривої намагнічення для електротехнічної сталі 1211(рис.1)

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м);

13. МРС, що виникає в полюсі:

А,

А,

А,

А,

А,

А;

14. Магнітна індукція на висоті 1/3 h₃ від кореня зубця:

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл;

15. Знаходимо напруженість магнітного поля з кривої намагнічення для електротехнічної сталі 1211:

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м);

16. МРС на висоті 1/3 h₃ від кореня зубця:

А,

А,

А,

А,

А,

А;

17. Магнітний потік в ярмі статора рівний:

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб;

18. Магнітна індукція в ярмі статора:

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,

Тл;

19. Знаходимо напруженість магнітного поля з кривої намагнічення для сталі Ст1211:

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м);

20. МРС в ярмі статора:

А,

А,

А,

А,

А,

А;

21. Магнітний потік в спинці якоря:

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб,

Вб;

22. Магнітна індукція в спинці якоря:

Тл,

Тл,

Тл,

Тл,..ю

Тл,

Тл;

23. Знаходимо напруженість магнітного поля з кривої намагнічення для електротехнічної сталі 1211:

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м),

(А/м);

24. МРС в спинці якоря:

А,

А,

А,

А,

А,

А;

25. Сумарна МРС рівна:

А,

А,

А,

А,

А,

А;

26. Таблиця всіх даних має вигляд:

Табл. 1.3 Значення величин магнітного кола електричної машини постійного струму.

Параметр	Магнітна індукція в повітряному зазорі, Вд
	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Вд	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
Fд	461	579	691	806	922	1037
Вя	0,546	0,683	0,819	0,955	1,092	1,228
Fя	13,344	14,749	20,016	25,283	28,092	37,222
Впол	0,511	0,639	0,767	0,893	1,022	1,149
Fпол	4,37	5,57	6,9	8,51	12,42	16,56
Взуб 1/3	0,82	1,025	1,23	1,435	1,64	1,645
Fзуб 1/3	3,4	5,3	9,1	17,3	55,6	156,1
Всп.я	0,718	0,898	1,078	1,257	1,437	1,616
Fсп.я	7,25	9,75	13,75	23,75	41,75	121,25
F?	497,1	622,2	756,8	906,7	1127,9	1540,8

Завдання №2. Побудова характеристик загально промислового синхронного генератора за допомогою наближеної векторної діаграми.

Завдання

Використовуючи дані і наближену векторну діаграму, визначити, якого значення досягне ЕРС холостого ходу генератора Е₀ при скиданні номінального навантаження.

Визначити стале значення струму трифазного короткого замикання за умови, що короткому замиканню передував режим номінального навантаження.

Побудувати зовнішню характеристику для активно-індуктивного навантаження з cosц_ном, вважаючи ЕРС холостого ходу дорівнює значенню, здобутому за п.1, а струм якоря змінюється від 0 до 1,5 I_ном.

Побудувати регулювальну характеристику за умови, що U=U_ном при cosц_ном і змінюванні струму якоря від 0 до 1,5 I_ном.

Дано

Номінальна потужність: S_ном=40 кВт.

Номінальна фазна напруга: U_ном=220 В.

Номінальний коефіцієнт потужності: cosц_ном=0,8.

Відносне значення індуктивного синхронного опору: Х_{d в.о.}=0,25.

Розв'язок

Визначення значення ЕРС холостого ходу генератора Е₀ при скиданні номінального навантаження.

Табл. 2.1 Характеристика холостого ходу у відносних одиницях.

Е*0=Е0/Uном	0	0,58	1	1,2	1,32	1,4	1,45	1,5
I*з=Із/Із0	0	0,5	1	1,5	2	2,5	3	3,5

Рис. 2.1 Характеристика холостого ходу у відносних одиницях.

Наближена векторна діаграма напруг для номінального навантаження зображена на рисунку 2.

Визначення сталого значення струму трифазного короткого замикання.

З рис 2.1 Е^*_он=1,25, тоді:

А,

де А;

Побудова зовнішньої характеристики для активно-індуктивного навантаження

1. Векторна діаграма зовнішньої характеристики зображена на рисунку 2.3.

2. Зовнішня характеристика зображена на рисунку 2.4.

3. Регулювальна характеристика зображена на рисунку 2.5.

1. Векторна діаграма регулювальної характеристики зображена на рис. 2.6.

Завдання №3. Побудувати характеристики трифазного трансформатора за даними дослідів холостого ходу та короткого замикання (КЗ)

Завдання:

Використовуючи дані визначити параметри схеми заміщення трансформатора, вважаючи її симетричною.

Побудувати криві відсоткової зміни напруги як функції коефіцієнта навантаження К_нв за умови cosц_нв=0,8 (ц_нв>0,8), cosц_нв=0,8 (ц_нв<0,8). Коефіцієнт навантаження змінювати у межах 0..1,5.

Визначити первинний струм за умови короткого замикання вторинної обмотки і номінального значення первинної напруги.

Побудувати спрощені векторні діаграми трансформатора при cosц_нв=0,8 (ц_нв>0,8), cosц_нв=0,8 (ц_нв<0,8) і номінальному струмі.

Дано

Відносна величина короткого замикання: u_к=4,5%.

Лінійна напруга: U_л=660 В.

Номінальна потужність: S_ном=25 кВт.

Номінальна міжфазна нижча напруга: U_2ном=0,4 кВ.

Схема з'єднання обмоток: Y/ Y.

Струм холостого ходу: i₀=3,2%I_1ном.

Втрати КЗ: Р_к=2,5% S_ном.

Втрати холостого ходу: Р₀=2,2% S_ном.

Розв'язок

Визначення параметрів схеми заміщення трансформатора.

1. Визначимо повний опір короткого замикання:

Ом,

де U_1ф - фазна напруга первинної обмотки:

В,

а I_1ном - номінальний струм первинної обмотки:

А;

2. Активний опір короткого замикання рівний:

Ом,

де Р_кз - абсолютне значення потужності короткого замикання:

Вт;

3. Індуктивний опір короткого замикання рівний:

Ом;

4. Оскільки схема симетрична то активний і індуктивний опори первинної обмотки і приведені до неї активний і індуктивний опори вторинної обмотки рівні:

Ом,

Ом;

5. Кут ц_к трансформатора при КЗ рівний:

рад;

6. Повний опір намагнічуючого контуру рівний:

Ом,

де I₀ - абсолютне значення фазного струму при холостому ході:

А;

7. Активний опір намагнічуючого контуру:

Ом,

де Р_хх - абсолютне значення потужності втрат при холостому ході:

Вт;

8. Індуктивний опір намагнічуючого контуру:

Ом.

Для зміни напруги трансформатора у відсотках приблизно можна вважати:

;

При ємнісному характері навантаження

В

В

В

В

В

При індуктивному характері навантаження

В

В

В

В

В

А

Завдання №4. Побудова характеристик трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

Завдання:

Використовуючи дані визначити параметри Т-подібної схеми заміщення, критичні ковзання і момент двигуна.

Визначити номінальний момент і частоту струму ротора.

Побудувати за формулою Клоса приблизну залежність електромагнітного моменту двигуна від ковзання, змінюючи ковзання від 0 до1.

Збільшити вдвічі спочатку активний, а потім індуктивний опір ротора і повторити п.3 задачі; визначити як змінюються при цьому критичні момент та ковзання двигуна, а також пусковий момент.

Дано

Число пар полюсів: 2р=4.

Номінальна потужність: Р_ном=3,0 кВт.

Номінальна міжфазна напруга: U_1ном=380 В.

Номінальне сковзання: s_н=5%.

Номінальний коефіцієнт потужності: cosц_ном=0,76.

Номінальний ККД: з_ном=0,8.

Напруга, за якою струм короткого замикання дорівнює номінальному у відсотках від номінальної фазної напруги: u_к=25%U_ф.

Потужність КЗ: Р_к=10%Р_ном.

Втрати холостого ходу: Р₀=8,4%Р_ном.

Струм холостого ходу: i₀=36%I_1ном.

Коефіцієнт потужності холостого ходу: cosц₀=0,15.

Механічні втрати: Р_мх=0,9%Р_ном.

Число фаз: m=3.

Частота мережі: f₁=50 Гц.

Розв'язок

Визначення параметрів Т-подібної схеми заміщення, критичного ковзання і моменту двигуна.

1. Визначимо номінальний фазний струм двигуна:

А;

2. Повний опір Т-подібної схеми заміщення при КЗ рівний:

Ом;

3. Активний опір Т-подібної схеми заміщення при КЗ рівний:

Ом;

4. Індуктивний опір Т-подібної схеми заміщення при КЗ рівний:

Ом;

5. Оскільки схема симетрична то активний і індуктивний опори статора і приведені до статора активний і індуктивний опори ротора рівні:

Ом,

Ом;

6. Повний опір намагнічуючого контуру рівний:

Ом;

7. Втрати у сталі двигуна в режимі холостого ходу при номінальному значенні напруги рівні:

Вт;

8. Активний опір намагнічуючого контуру рівний:

Ом,

де I₀ - абсолютне значення струму холостого ходу:

А;

9. Індуктивний опір намагнічуючого контуру рівний:

Ом;

10. Критичне ковзання рівне:

;

11. Критичний момент рівний:

(Н м),

де Щ₁ - синхронна швидкість обертання магнітного поля:

1/с,

а n₁ - синхронна частота обертання магнітного поля:

об/хв.

Визначення номінального моменту і частоти струму ротора.

1. Номінальний момент рівний:

(Н м),

де Щ_2ном - кутова швидкість обертання ротора:

1/с,

а n₂ - частота обертання ротора:

об/хв.

2. Частота струму ротора рівна:

Гц.

Побудова за формулою Клоса залежності електромагнітного моменту двигуна від ковзання.

1. Формула Клоса має вигляд:

(Н м);

Табл. 4.1 Значення s і M.

s	0	0,05	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18	0,2	0,4	0,6	0,8	1
M	0	43,48	60,2	61,23	60,5	58,78	56,52	54	33,7	23,55	18	14,5

Пусковий момент рівний М_пуск=14,5 (Н м)

Побудова за формулою Клоса залежності електромагнітного моменту від ковзання при збільшенні активного, а потім і індуктивного опорів. Визначення при цьому зміни критичного моменту і ковзання.

1. При збільшенні активного опору в два рази М_кр не змінився, а s_кр зросло (s_кр=0,24). Тоді використовуючи формулу Клоса маєм:

(Н м);

Табл. 4.2 Значення s і M при збільшенні активного опору в 2 рази.

s	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
M	0	60,22	54	42,2	33,7	27,8

Пусковий момент зріс і становить М_пуск=27,8 (Н м)

2. При збільшенні активного опору в два рази М_кр впав (М_кр=30,62) , а s_кр впало (s_кр=0,12). Тоді використовуючи формулу Клоса маєм:

(Н м);

Табл. 4.3 Значення s і M при збільшенні індуктивного опору в 2 рази.

s	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1
M	0	27,018	16,855	11,777	8,984	7,244

Пусковий момент впав і становить М_пуск=7,244 (Н м) (Рис. 4.1).

ВИСНОВКИ

- розрахунок магнітного кола електричної машини постійного струму відбувається за рядом формул, які дозволяють знайти магніторушійну силу в повітряному прошарку, зубцях, спинці якоря, ярмі статора і полюсі за значенням магнітної індукції і напруженості магнітного поля на різних ділянках досліджуємого кола. Після цього визначається сумарна МРС і будується магнітна характеристика. З неї знаходиться значення номінального магнітного потоку.

- для побудови характеристик загальнопромислового синхронного генератора за допомогою наближеної векторної діаграми потрібно виконати векторну діаграму для зовнішньої характеристики і за значенням номінальної напруги, яка знаходиться з даної діаграми і номінальним струмом будується зовнішня характеристика. Потім будується векторна діаграма для регулювальної характеристики і за значенням І_з, яке визначається з діаграми, номінальним струмом будується регулювальна характеристика.

- для побудови характеристик трифазного трансформатора потрібно за вихідними даними знайти всі опори схеми заміщення (активні і реактивні). Використовуючи при цьому досліди холостого ходу і короткого замикання. Потім знаходяться параметри потрібні для векторної діаграми і відбувається її побудова для різних значень ц.

- характеристики трифазного асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором визначаються з відповідних формул. Потім знаходиться номінальний момент і сковзання. За допомогою формули Клоса будується залежність електромагнітного моменту від сковзання при різних значеннях опору схеми заміщення.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Левин Н.Н., Повстень В.А., Попов М.П., Серебряков А.Д. Авиационные электрические машины: Учебник. - К.: КМУГА, 1999. - 424 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. - М.: Энергия, 1978. - 840 с.

3. Попов М.П. Общие вопросы электрических машин переменного тока. Авиационные синхронные машины: Учеб. пособ. - К.: КИИГА, 1992. - 96 с.

4. Макаров І.Є., Попов М.П. Методичні вказівки до виконання курсової роботи. - К.: НАУ, 2004 - 32 с.

Размещено на Allbest.ru