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 (U1Л = 380 В; U1ф = 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·м2 | |||||
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: IП/I0 =1,5; для схемы а) IП/I1а =1,23; для схемы в) IП/I1в =1,41;
с 6 по 10 – схемы б) и г), отношения: IП/I0 =2,0; для схемы б) IП/I1б =1,06; для схемы г) IП/I1г =2,12;
с 11 по 15 используют схемы в) и д), отношения: IП/I0 =2,5; для схемы в) IП/I1в =1,41; для схемы д) IП/I1д =2,45;
с 16 по 20 – схемы а) и г), отношения: IП/I0 =3,0; для схемы а) IП/I1а =1,23; для схемы г) IП/I1г =2,12;
с 21 по 25 – схемы б) и д), отношения: IП/I0 =3,5; для схемы б) IП/I1б =1,06; для схемы д) IП/I1д =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·м2 | |
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 Р2н, Вт 15000
Номинальное линейное напряжение U1н, В 380
Синхронная угловая частота n1н, об/мин 1500
КПД η, о.е. 0,89
Коэффициент мощности cosφ1н, 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 Рмех, 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