Механика электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Самарский государственный университет путей сообщения

Императора Николая II

Нижегородский филиал

Контрольная работа

по дисциплине «Основы электропривода технологических установок»

Выполнил студент 3 курса

Шифр: 17141-ПСЖД-303

Багров А.М.

Проверил: доц.Корсаков С.М

Нижний Новгород, 2018 г.



1. Механика электропривода

Задача 1.1 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М_с (щ) вентилятора с учетом моментов потерь в двигателе ДМ_дв и механизме ДМ_м.

Варианты заданий представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1

№ варианта		, 1/с	ДМдв, Н·м	ДМм. Н·м	К, о.е.	n, о.е
303	10	157	5	10	2	3

Решение:

Основой решения задачи является уравнение вида:

(1.1)

где - момент, создаваемый рабочим органом.

Вводим базовые значения номинальной частоты вращения и номинального момента , получаем уравнение (1.1) в виде

(1.2)

Рассчитаем номинальный момент механизма

(1.3)

=21,8

На рисунке 1.1 нелинейно-возрастающая механическая характеристика производственного механизма. Такой характеристикой обладают механизмы с центробежным характером производственного процесса: вентиляторы, центробежные насосы и т.п.

Рисунок 1.1 - Механическая характеристика вентилятора

Задача 1.2 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М_с (щ) тележки с учетом моментов потерь в двигателе ДМ_дв и механизме ДМ_м на интервале изменения частоты вращения от + до -

Варианты заданий представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2

№ варианта	, 1/с	ДМдв, Н·м	ДМм. Н·м	К, о.е.
303	105	1,5	3,5	0,4

Решение:

Расчеты выполняем по формуле:

(1.4)

где - момент, создаваемый рабочим органом

На рисунке 1.2 линейно-возрастающая механическая характеристика производственного механизма.

Рисунок 1.2 - Механическая характеристика тележки

Задача 1.3 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М_с (щ) подъемника с учетом моментов потерь в двигателе ДМ_дв и механизме ДМ_м на интервале изменения частоты вращения от + до -

Варианты заданий представлены в таблице 1.3



Таблица 1.3

№ варианта	, 1/с	Н·м	ДМдв, Н·м	ДМм. Н·м
303	105	20	4	3

Решение:

Расчеты выполняем по формуле:

(1.4)

где - момент, создаваемый полезной нагрузкой совместно с грузозахватывающим устройством

На рисунке 1.3 не зависящая от скорости механическая характеристика производственного механизма.

Рисунок 1.3 - Механическая характеристика подъемника

2. Электромеханические свойства двигателей

двигатель вентилятор механический

Задача 2.1 Определите конструктивные коэффициенты k и c по номинальным данным двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Варианты заданий представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1

№ варианта		, 1/с	А	, Ом			а
303	110	100	35	0,25	2	360	2

Решение:

Конструктивные коэффициенты двигателя постоянного тока независимого возбуждения определяем по формуле

где - число пар полюсов двигателя,

- число активных проводников обмотки якоря,

а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря

где напряжение якоря, В,

- ток якоря, А,

-внутреннее сопротивление якоря двигателя, Ом,

- номинальная угловая скорость двигателя, 1/с

Задача 2.2 Используя номинальные и каталожные значения определите частоту вращения идеального холостого хода . Постройте электромеханическую характеристику.

Варианты заданий представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2

№ варианта		, 1/с	А	, Ом
303	110	130	30	0,3

Решение:

Частоту вращения идеального холостого хода определяем по формуле

(2.3)

где напряжение якоря, В

с - конструктивный коэффициент машины

(2.4)

Электромеханическая характеристика двигателя строится по двум точкам: идеального холостого хода и номинального режима.



Рисунок 2.2 - Электромеханическая характеристика двигателя

Задача 2.3 Используя номинальные и каталожные значения определите ток и момент . Постройте электромеханическую и механическую характеристики.

Варианты заданий представлены в таблице 2.3

Таблица 2.3

№ варианта		, 1/с	А	, Ом
303	110	130	30	0,3

Решение:

Ток короткого замыкания определяем по формуле

(2.5)

где напряжение якоря, В,

-внутреннее сопротивление якоря двигателя, Ом

Момент короткого замыкания определяем по формуле

где с - конструктивный коэффициент машины

Для построения графиков определяем частоту вращения идеального холостого хода

Электромеханическую и механическую характеристик двигателя строим по двум точкам: номинальному режиму и режиму короткого замыкания.



Рисунок 2.3 - Электромеханическая характеристика двигателя

Рисунок 2.4 - Механическая характеристика двигателя



3. Динамика электромеханической системы

Задача 3.1 На рисунке 3.1 представлена механическая характеристика асинхронного электропривода с двумя характерными тачками N_T: 1 и 2. Сделайте вывод об устойчивости электропривода в характерных таблицах, если жесткость механической характеристики привода в, а жесткость механической характеристики статической нагрузки в_С. Постройте график.

Варианты заданий представлены в таблице 3.1

Таблица 3.1

№ варианта		, Нмс	, Нмс
303	1	-90	-5

Решение:

Движение будет устойчивым при выполнении условия

в - в_с < 0 (3.1)

где в - жесткость механической характеристики двигателя

в_с - жесткость механической характеристики исполнительного органа

-90 - (-5) = -85< 0

На графике (рисунок 3.1) 1 - механическая характеристика двигателя, 2 - механическая характеристика исполнительного органа. Точка А - пересечение этих характеристик, в которой моменты двигателя и исполнительного органа равны, и будет соответствовать установившемуся движению со скоростью ,

Рисунок 3.2 - Механическая характеристика

Задача 3.2 Используя данные из каталога определите частоту свободных колебаний Щ_ЭМ и коэффициент затуханий б для привода постоянного тока. Напишите выражение передаточной функции и изобразите структурную схему с численными значениями коэффициентов.

Значения параметров представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2

№ варианта	, Гн	Rя, Ом	J, кг	, Нмс
303	0,045	0,1	9	140

Решение:

Собственная частота колебаний электромеханической системы может быть определена на основании дискриминанта характеристического уравне-ния:

(3.2)

где - электромагнитная постоянная времени якорной цепи,

- электромеханическая постоянная времени двигателя

Коэффициент затухания определяется по формуле

б = (3.3)

Определим электромагнитную постоянная времени якорной цепи

=0,045 с

Определим электромеханическую постоянная времени двигателя

б ==11,1

Произведем расчет передаточной функции двигателя:

где - коэффициент усиления,

- электромеханическая постоянная времени двигателя

С учетом найденных коэффициентов запишем передаточную функцию исполнительного двигателя:

Передаточная функция запишется в следующем виде:

Рисунок 3.3 - Структурная схема двигателя при управлении скоростью



Рисунок 3.4 - Структурная схема двигателя при управлении при управлении углом поворота

Задача 3.3 Используя данные из каталога определите частоту свободных колебаний Щ_ЭМ и коэффициент затуханий б для асинхронной машины. Напишите выражение передаточной функции и изобразите структурную схему в общем виде и с численными значениями коэффициентов.

Значения параметров представлены в таблице 3.3

Таблица 3.3

№ варианта		, Нм	, о.е	J
303	1	1600	0,14	9

Решение:

Собственная частота колебаний электромеханической системы может быть определена на основании дискриминанта характеристического уравне-ния:

(3.4)



где - электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя,

- электромеханическая постоянная времени асинхронного двигателя

(3.5)

Определяем частоту вращения ротора на идеальном холостом ходе

=

= = 314 1/с

Электромеханическая постоянная времени двигателя

где - модуль жесткости механической характеристики асинхронного двигателя.

Коэффициент затухания определяется по формуле

б =

б =

Применительно к трехфазному асинхронному двигателю ПФ в системе управления частотой вращения соответствует апериодическому звену первого порядка:

4. Выбор мощности двигателя

Задача 4.1 Выберите двигатель продолжительного режима работы для нагрузочной диаграммы, параметры которой представлены в таблице 4.1

Значения параметров представлены в таблице 4.1



Таблица 4.1

№ варианта	, Нм	, Нм	, Нм	, с	, с	, с	, с
303	2	1	2	1	1	1	3	0,5

Решение:

Эквивалентный по нагреву момент двигателя может быть рассчитан по формуле:

Определяем коэффициент ухудшения охлаждения в режимах пуска и охлаждения

Выбираем двигатель продолжительного режима работы 4 А80А4У3

5. Регулирование координат электропривода

Задача 5.1 Используя табличные данные определите точность регулирования скорости при абсолютно мягкой нагрузочной характеристике механизма в_с = 0. Изобразите график механической характеристики.

Значения параметров представлены в таблице 5.1



Таблица 5.1

№ варианта	, Нмс	, Нм	, Нм
303	200	15	5	105

Решение:

По определению в качестве оценки точности используется относитель-ная величина максимального отклонения скорости Дщ_м под действием мак-симальной нагрузки от среднего значения щ_ср при средней нагрузке к этому среднему значению:

(5.1)

где - максимальное отклонение скорости от среднего значения

= 0,025



Рисунок 5.1 - Механическая характеристика

Задача 5.2 Используя табличные данные определите диапазон регулирования скорости при абсолютно мягкой нагрузочной характеристике механизма в_с = 0. Постройте механические характеристики.

Значения параметров представлены в таблице 5.2

Таблица 5.2

№ варианта	, 1/с	, Нмс	, Нм	, Нм
303	100	200	10	0	5

Решение:

Определяется среднее значение момента статической нагрузки

(5.2)



Вычисляется перепад скорости на нижней характеристике при средней нагрузки, относительно скорости холостого хода:

Вычисляется перепад скорости на нижней характеристике при средней нагрузки, относительно скорости холостого хода:

Находим наименьшая скорость при средней нагрузке на нижней ха-рактеристике:

Определяется диапазон регулирования скорости:

=20



Рисунок 5.2 - Механическая характеристика

Задача 5.3 Используя табличные данные определите диапазон регулирования скорости и снижении напряжения в 2 раза, 4 раза. Напряжение возбуждения считайте независимым. Постройте графики механических характеристик.

Значения параметров представлены в таблице 5.3

Таблица 5.3

№ варианта		, 1/с	А	, Ом
303	110	100	20	0,5

Решение:

Определяется нижняя скорость диапазона регулирования:



(5.3)

где - коэффициент двигателя

Определяется диапазон регулирования скорости:

=2,2

=5,7



Рисунок 5.3 - Механическая характеристика

Задача 5.4 Тиристорный преобразователь выполнен по трехфазной нулевой реверсивной схеме с согласованным управлением. Пользуясь табличными данными, выберите тиристоры, трансформатор, уравнительные реакторы.

Варианты заданий представлены в таблице 5.4

Таблица 5.4

№ варианта			А	А
303	127	220	20	0,5

Решение:

Максимальное обратное напряжение и прямой номинальный ток через тиристоры определяются по формулам:

(5.4)

(5.5)

Вторичный и первичный токи трансформатора:

I₂=0,58?I_dн; (5.6)

I₂=0,58?20 = 11,6 А;

I₁=0,82?I_dн; (5.7)

I₁=0,82? ?20=9,46 А

Определяем мощность трансформатора:

I_dн (5.8)

где - максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя

(5.9)

Индуктивность уравнительного реактора:

(5.10)

Основная литература

Л1.1 Худоногов А.М. Основы электропривода технологических установок локомотивных предприятий с асинхронным двигателем : учеб.пособие. -- М.: УМЦ ЖДТ, 2014. - 336 с. - Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/59129 [Электронный ресурс]

Л1.2 Дайлидко А.А. Электрические машины М. : УМЦ ЖДТ, 2002. -- 43 с. -- Режим доступа: http://e.lanbook.com/book/58999 [Электронный ресурс]

Дополнительная литература

Л2.1 Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: учебное пособие М.: МЭИ. - 2003. - 224 с. 5

Л2.2 Москаленко В.В. Электрический привод: учебник М.: ИНФРА-М.- 2007.- 368 с. 3

Л2.3 Понкратов Ю.И. Электропривод и преобразователи подвижного состава: учебник М.: ГОУ УМЦ по образованию на ж.д. транспорте.- 2007.- 190 с. 2

Л2.4 Цейтлин Л.С. Электропривод, электрооборудование и основы управления М.: Высшая школа.-1985.- 192 с. 2

Л2.5 Фираго Б.И. Теория электропривода: учебное Минск: ЗАО Техноперспективаю- 2004.- 527 с. 1

Размещено на Allbest.ru

...