3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Характеристик двигателя постоянного тока контрольная работа

Расчет основных параметров двигателя постоянного тока

Главная > Контрольная работа >Физика

1. Исходные данные. Задача

2. Решение задачи

3. Исходные данные. Задача

4. Решение задачи

Исходные данные. Задача

В таблице 1 приведены данные двигателя постоянного тока

Для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением требуется:

Рассчитать пусковой реостат и построить пусковые характеристики, если на валу

Определить сопротивление, которое необходимо включать в цепь якоря, чтобы частота вращения двигателя при номинальном моменте составляла ;

Рассчитать сопротивление, которое следует включить в якорную цепь, чтобы при изменении полярности питающего напряжения якоря ток его был равен при номинальной скорости. Построить эту механическую характеристику;

Рассчитать дополнительное сопротивление, ограничивающее в режиме динамического торможения пик тока до при номинальной скорости. Построить соответствующую характеристику;

Указать в чем недостатки реостатного регулирования, оценить его КПД.

2. Решение задачи

По номинальным данным строим механическую характеристику:

а) пусковой ( ) – из условия допустимого тока коммутации, т.е. возникновения кругового огня на коллекторе:

б) Переключения пусковых ступеней ( ) – из условия сохранения динамики при переключении пусковых ступеней реостата

Полученные характеристики представлены на рисунке 2.

Рис.2. Технические характеристики двигателя

Определяем пусковой резистор :

Определяем пусковой резистор :

Определяем пусковой резистор :

Запишем уравнение механической характеристики с учетом требуемых значений параметров:

Запишем уравнение скоростной характеристики с учетом требуемых значений параметров:

Рис. 3. Характеристика при смене питающего напряжения якоря, при токе

Рассчитать дополнительное сопротивление, ограничивающее в режиме динамического торможения пик тока до при номинальной скорости. Построить соответствующую характеристику:

Рис. 4. Характеристика двигателя в режиме динамического торможения

При регулировании угловой скорости введением резисторов в цепь якоря, двигателя постоянного тока, потери мощности в этой цепи изменяются пропорционально перепаду угловой скорости. Если момент нагрузки постоянен, постоянна потребляемая мощность и угловая скорость двигателя уменьшается вдвое, то примерно половина мощности потребляемой из сети, будет рассеиваться в виде теплоты, выделяемой из реостата, то есть данный способ регулирования является не экономичным. КПД привода при реостатном регулирование может быть определен по формуле:

По номинальным данным строим механическую характеристику:

а) пусковой ( ) – из условия допустимого тока коммутации, т.е. возникновения кругового огня на коллекторе:

б) Переключения пусковых ступеней ( ) – из условия сохранения динамики при переключении пусковых ступеней реостата

Полученные характеристики представлены на рисунке 2.1

Рис.2.1 Технические характеристики двигателя

Определяем пусковой резистор :

Определяем пусковой резистор :

Определяем пусковой резистор :

Запишем уравнение механической характеристики с учетом требуемых значений параметров:

Запишем уравнение скоростной характеристики с учетом требуемых значений параметров:

Рис. 2.2. Характеристика при смене питающего напряжения якоря, при токе

Рассчитать дополнительное сопротивление, ограничивающее в режиме динамического торможения пик тока до при номинальной скорости. Построить соответствующую характеристику:

Рис. 2.3. Характеристика двигателя в режиме динамического торможения

При регулировании угловой скорости введением резисторов в цепь якоря, двигателя постоянного тока, потери мощности в этой цепи изменяются пропорционально перепаду угловой скорости. Если момент нагрузки постоянен, постоянна потребляемая мощность и угловая скорость двигателя уменьшается вдвое, то примерно половина мощности потребляемой из сети, будет рассеиваться в виде теплоты, выделяемой из реостата, то есть данный способ регулирования является не экономичным. КПД привода при реостатном регулирование может быть определен по формуле:

Характеристик двигателя постоянного тока контрольная работа

РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

РАСЧЁТ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

двигатель ток генератор

Настоящая расчетно-графическая работа призвана способствовать закреплению и более глубокому пониманию положений теории по разделам: «Машины постоянного тока», «Электромеханические свойства двигателей», «Регулирование координат электропривода», а также развитию у студентов навыков решения прикладных задач.

Расчет и построение естественных и искусственных механических характеристик электрических двигателей позволяют студентам наглядно оценить влияние изменения величины питающего напряжения на параметры электропривода, а также произвести выбор приемлемого диапазона регулирования для заданной нагрузки.

Задачами данной работы являются расчет естественных и искусственных механических характеристик ДПТ смешанного возбуждения, параметров регулирующего элемента в генераторном режиме.

1 РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ СМЕШАННОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Рисунок 1 Схема включения ДПТ смешанного возбуждения

Определяем номинальную угловую скорость, соответствующую номинальной скорости вращения якоря nн, мин-1, по формуле

Номинальный момент на валу двигателя, Н·м, находим по выражению

где Рн — номинальная мощность на валу двигателя, Вт.

Величину тока в параллельной обмотке возбуждения, А, находим по формуле

где U — величина напряжения, приложенного к главной цепи двигателя, В;ов1 — сопротивление параллельной обмотки возбуждения, Ом.

Определяем величину тока якоря двигателя, А

где Iн — величина номинального тока в общей цепи двигателя, А.

Уравнение равновесия напряжений для цепи якоря двигателя, В

где Rя — сопротивление обмотки якоря двигателя, Ом;ов2 — сопротивление последовательной обмотки возбуждения, Ом;

Читать еще:  В какую сторону крутится двигатель днепр

Е — величина ЭДС, индуцированной в обмотке якоря двигателя, В.

Выразим из данного уравнения величину Е

Величина Е может быть также определена из выражения

где Ф — магнитный поток, создаваемый обеими обмотками возбуждения;

Фпар и Фпос — магнитные потоки, создаваемые параллельной и последовательной обмоткой возбуждении.

Се — коэффициент, зависящий от конструктивных данных двигателя.

При этом Фпар = const в любых режимах работы двигателя, а величина Фпосл изменяется в пределах от минимального значения Фпослmin до номинального Фпосл н и зависит от величины тока в цепи якоря. Для удобства расчетов используют безразмерный коэффициент Ф*

т.е. Фпосл=Фпосл н Ф*.

Введём коэффициент пропорциональности

При этом выражение (7) примет вид

С учётом (6) получим

Величина коэффициента пропорциональности С может быть определёна по выражению (11) при подстановке известных параметров номинального режима: Iя = Iян и = .

Из (7) с учётом (11) получим

где Iян·I* — величина тока якоря в режимах, отличных от номинального, А;*- коэффициент пропорциональности.

Коэффициент отношения магнитных потоков, создаваемых последовательной и параллельной обмотками возбуждения, определяем по формуле

Наиболее употребительным является такое отношение потоков, которое при номинальном токе даёт равенство намагничивающих сил обеих обмоток возбуждения. Но в настоящей работе заданы различные значения коэффициента К в учебных целях.

Подставим (15) в (10), получим

Подставим (16) в (10), получим

С учетом (9) получим

Подставим (16) и (17) в (13)

где , т.е. Фпосл=ФпослнФ*

Механическая характеристика двигателя постоянного тока смешанного возбуждения не имеет аналитического выражения вследствие изменения магнитного потока при изменении нагрузки. Но выражение (19) позволяет построить механические характеристики ДПТ смешанного возбуждения с использованием вебер-амперной характеристики (рисунок 2), полученной экспериментальным путём Ф*=f(I*).

Для построения механической характеристики кривую Ф*=f(I*) разбивают на интервалы, в каждом из которых определяют значения Фi*, соответствующие значениям Ii*. Далее по (19) определяют ?i. Рекомендуемое число интервалов — не менее десяти.

Рисунок 2 График вебер-амперной характеристики двигателя постоянного тока

Таблица 1 Вебер-амперная характеристика двигателя постоянного тока

Iя/Iян=I*Ф/Фн=Ф* ?U нMн(Uн) ?U1 Mн(U1)0,50,4553,689,22670,214,760,550,48492,7711,4620,9117,530,60,52447,2613,71589,1520,160,650,6394,9716,81546,6323,540,70,64354,4620,18518,4826,730,750,72309,1824,79481,4630,840,80,76272,8329,97456,3134,71

Значения момента М определяем по формуле

где , Вт — для естественной механической характеристики;

, Вт — для искусственной механической характеристики.

Рисунок 3 График естественной механической характеристики стартер-генератора

Рисунок 4 График искусственной механической характеристики стартер-генератора

РАСЧЁТ РЕГУЛИРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ГЕНЕРАТОРА ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Рисунок 5 Схема генератора параллельного возбуждения

Сопротивление регулирующего элемента определяем по формуле

где ?? — изменение скорости в заданном диапазоне, рад/с;

??в — изменение скорости на естественной механической характеристике, рад/с, определяется выражением

где ?о — скорость идеального холостого хода, рад/с.

Расчёт производим для генератора параллельного возбуждения.

В настоящей расчетно-графической работе мной были выполнены следующие задачи:

расчет естественных и искусственных механических характеристик ДПТ смешанного возбуждения;

расчет параметров регулирующего элемента в генераторном режиме.

Также были построены графики естественной и искусственной механических характеристик стартер-генератора.

1. Москаленко, В.В. Электрический привод [Текст] : учебное пособие /

В. В. Москаленко — М.: Высшая школа, 2002. — 368 с.

. Савченко, П.И. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве

[Текст] / П. И. Савченко [и др.] . — М. : Колос, 1996. — 224 с.

. Стандарт организации. Самостоятельная работа студента. Оформление текста рукописи [Текст] : СТО 0493582-003-2009. — Взамен СТП 0493582-003-2006; Введ. 01.04.2009. — Уфа : БГАУ, 2009. — 36 с.

Репетиторство

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Реферат: Контрольная работа: Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Исследование статических и динамических характеристик в одномассовой электромеханической системе с двигателем постоянного тока независимого возбуждения

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения подключен по схеме, приведенной на рис. 1.

Вышеприведенная система математически описывается системой дифференциальных уравнений:

где Uя , Uв , – напряжение на обмотке якоря и возбуждения (ОВД),

iя , iв , – ток якоря и обмотки возбуждения,

R я S , Rв – сопротивление якоря и обмотки возбуждения,

L я , Lв – индуктивность якоря и обмотки возбуждения,

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения,

K – конструктивный коэффициент,

М – электромагнитный момент двигателя,

Мс — момент статического сопротивления двигателя,

JS — момент инерции двигателя,

По приведенным уравнениям составим математическую модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения ( рис. 2).

Исходные данные для двигателя П 61 мощности PН = 11 кВт:

номинальное напряжение питания Uн =220 В,

номинальная скорость вращения n = 1500 об/мин,

номинальный ток в цепи якоря Iя. н. = 59,5 А,

сопротивление цепи якоря RЯ S = 0,187 Ом,

сопротивление обмотки возбуждения RВ = 133 Ом,

число активных проводников якоря N = 496,

число параллельных ветвей якоря 2a = 2,

число витков полюса обмотки возбуждения wв =1800,

Читать еще:  Вал асинхронного двигателя что это

полезный магнитный поток одного полюса Ф = 8,2 мВб,

номинальный ток возбуждения обмотки возбуждения

максимальная допускаемая частота вращения 2250 об/мин,

момент инерции якоря J1 = 0,56 кг×м 2 ,

двигатель двухполюсный 2Pn =2,

масса двигателя Q = 131 кг.

Произведем необходимые расчеты.

1. Угловая скорость

2. Конструктивный коэффициент двигателя

3. Постоянная времени цепи возбуждения

4. Постоянная времени цепи якоря

Все полученные данные подставляем в структурную схему (рис. 2) и проведем ее моделирование с помощью программного пакета Matlab. Величины Uя = Uв = Uс подаются на входы схемы ступенчатым воздействием. На выходе снимаем значение скорости вращения двигателя w1 . Динамическая характеристика двигателя (график изменения скорости w1 (t) при номинальных параметрах и Мс =0) изображена на рис. 3. График показывает выход скорости на установившееся значение при включении двигателя.

График изменения скорости КФ(t) приведен на рис. 4.

Рис. 3 – Переходная характеристика для одномассовой

системы в режиме холостого хода.

Рис. 4 – Процесс изменения КФ(t).

Из графика находим:

Расчетное значение:

Как мы видим, расчетное значение значительно отличается от значения, полученного экспериментально при моделировании системы. Это объясняется тем, что расчеты мы выполняли по эмпирическим формулам и не учли все параметры модели. Однако для нас наиболее важно получить качественные характеристики, а не количественные. А это наша модель позволяет сделать.

Статическая характеристика двигателя – это изменение установившейся скорости вращения двигателя w1 при изменении тока якоря Iя (электромеханическая характеристика) или нагрузки Мс (механическая характеристика). Для получения электромеханической характеристики последовательно изменяют Ic =0, Iн А и снимают установившееся значение скорости w1 . По полученным значениям строят график.

Таким образом получают естественную электромеханическую характеристику. Искусственные электромеханические характеристики получают при изменении Uc , Rя и Ф. Зависимость w1 от этих величин описывается формулой: Итак, значение w1 при Ic =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение Ic , которое становится равным Iн =59,5 А и получаем переходный процесс (см. рис. 5).

Из графика находим:

.

Естественная электромеханическая характеристика приведена на рис. 6.

Для получения механической характеристики последовательно изменяют Мс =0, Мн Н×м и снимают установившееся значение скорости w1 . По полученным значениям строят график. Таким образом получают естественную механическую характеристику. Искусственные механические характеристики получают при изменении Uc , Rя и Ф.

Зависимость w1 от этих величин описывается формулой:

.

Итак, значение w1 при Мс =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение Мс , которое становится равным Мн =КФIн .

Получаем переходный процесс (см. рис. 7).

Из графика находим: Расчетное значение

Естественная механическая характеристика приведена на рис. 8.

Перейдем к построению искусственных характеристик.

1. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Uя .

Uя =200В, ωхх =308,97 с -1 , ω=291,78 с -1

Uя =180В, ωхх =278,07 с -1 , ω=260,89 с -1

2. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Rя .

Rя =0,287 Ом, ωхх =339,87 с -1 , ω=313,49 с -1

Rя =0,387 Ом, ωхх =339,87 с -1 , ω=304,297 с -1

3. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Ф.

Ф=0,0182 Вб, ωхх =153,13 с -1 , ω=145,39 с -1

Ф=0,0282 Вб, ωхх =98,83 с -1 , ω=93,83 с -1

4. Искусственные механические характеристики при изменении Uя .

Uя =200 В, ωхх =308,97 с -1 , ω=291,78 с -1

Uя =180 В, ωхх =278,07 с -1 , ω=162,81 с -1

5. Искусственные механические характеристики при изменении Rя .

Rя =0,287 Ом, ωхх =339,87 с -1 , ω=313,49 с -1

Rя =0,387 Ом, ωхх =339,87 с -1 , ω=304,3 с -1

6. Искусственные механические характеристики при изменении Ф.

Ф=0,0182 Вб, ωхх =153,13 с -1 , ω=149,66 с -1

Ф=0,0282 Вб, ωхх =98,83 с -1 , ω=97,38 с -1

Выводы: при уменьшении напряжения якоря установившееся значение угловой скорости уменьшается. При увеличении дополнительного сопротивления якоря значение угловой скорости остается прежним при холостом ходе и уменьшается при механических и электрических воздействиях. При увеличении магнитного потока значение угловой скорости уменьшается.

Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в двухмассовой упругой системе

В двухмассовой системе двигатель подключается к нагрузке через упругое звено. Структурная схема такого включения изображена на рис. 15.

Рис. 15 – Структурная схема двухмассовой упругой электромеханической системы

Здесь используются следующие обозначения:

М – электромагнитный момент двигателя,

Мс1 — момент статического сопротивления двигателя,

Мс2 — момент статического сопротивления нагрузки,

М12 — момент сопротивления упругой связи,

С12 – коэффициент жесткости упругой связи,

– скорость вращения вала двигателя,

– скорость вращения рабочего органа,

J1 — момент инерции двигателя,

J2 — момент инерции рабочего органа.

Для случая упругой связи в структурную схему математической модели (рис. 2) необходимо добавить соответствующие элементы. Полученная схема изображена на рис. 16.

Читать еще:  Qashqai j10 сколько масла в двигатель

С помощью данной схемы смоделируем поведение двухмассовой упругой электромеханической системы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. На входы схемы Мс1 и Мс2 подаем значения Мс1 = Мс2 = 0. Остальные параметры – номинальные. С выхода схемы снимаем переходную характеристику угловой скорости вращения рабочего органа и вала двигателя .

Исследуем переходные процессы (t) и (t), изменяя моменты инерции двигателя и рабочего органа.

Рис. 16 – Структурная схема для моделирования двухмассовой упругой системы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения

тогда коэффициент жесткости

Рис. 18 – Переходные процессы (t) и (t)

Работа машины постоянного тока в режиме двигателя

При работе машины постоянного тока в режиме двигателя обмотка якоря подключается к источнику постоянного тока UЯ.

Вследствие взаимодействия тока протекающего в активных проводниках обмотки якоря с магнитным потоком возбуждения на валу машины возникает момент электромагнитных сил (см.2.16), который при работе машины в режиме двигателя является вращающим моментом

Якорь двигателя начинает вращаться в направлении определяемом направлением вектора вращающегося момента. Для изменения направления вращения следует изменить либо направление тока в якоре (полярность напряжения подведенного к якорю), либо направление магнитного потока возбуждения (полярность напряжения подведенного к обмотке возбуждения).

Двигатели постоянного тока могут включаться (см. рис. 2.13), по схемам с независимым, параллельным), последовательным или смешанным возбуждением. Применяются также двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Схемы с параллельным, последовательным и смешанным возбуждением применяются в основном в приводах с нерегулируемой или регулируемой в небольших пределах скоростью вращения. В регулируемых приводах как правило применяются двигатели с независимым возбуждением или с постоянными магнитами.

При вращении якоря в его обмотке индуктируется ЭДС EЯ определяемая выражением (2.13). У двигателя эта ЭДС является противоэлектродвижущей силой и направлена против напряжения, подведенного к якорю.

Напряжение, подведенное к якорю, уравновешивается этой противо — ЭДС и падением напряжения на активном сопротивлении якоря.

(2.21)

Отсюда находим уравнение частотной (скоростной) характеристики двигателя n(IЯ).

(2.22)

Подставляя в (2.22) IЯ из (2.20) получаем уравнение механической характеристики двигателя n(M).

(2.23)

Из уравнения (2.23) следует, что скорость вращения можно регулировать следующими способами

1. Изменением сопротивления цепи якоря. Способ легко реализуется включением реостата последовательно в цепь якоря. Однако этот способ во первых не экономичен, вследствие потерь энергии в реостате, а кроме того снижает жесткость механических характеристик (усиливается зависимость скорости от момента нагрузки). На рис. 2.16 приведены механические характеристики двигателя при отсутствии (RР =0) и наличии (RР >0) регулировочного сопротивления RР в цепи якоря.

Рисунок 2.16 – Механические характеристики двигателя

2. Изменением магнитного потока возбуждения путем изменения напряжения на обмотке возбуждения. Однако при этом регулировочная характеристика является нелинейной, а кроме того при изменении потока возбуждения изменяется вращающий момент на валу двигателя.

3. Изменением напряжения подводимого к якорю. Данный способ является наиболее рациональным, так как обеспечивает регулирование скорости в широких пределах при сохранении практически неизменным вращающего момента и сохранении жесткости механических характеристик.

Способ чаще всего реализуется применением управляемого тиристорного выпрямителя или транзисторного импульсного регулятора напряжения с широтно – импульсной модуляцией.

Двигатель постоянного тока обладает свойством саморегулирования – при изменении нагрузки автоматически устанавливается новое значение скорости, при которой двигатель работает устойчиво. Роль регулятора играет противо – ЭДС в обмотке якоря. В установившемся режиме вращающий электромагнитный момент двигателя равен статическому моменту нагрузки

Е = МС). Ток, потребляемый двигателем, в соответствии с (2.20), определяется моментом на валу двигателя:

(2.24)

Статический момент нагрузки МС включает в себя момент нагрузки МН и момент потерь холостого хода М , обусловленный трением в подшипниках, трением щеток и потерями в якоре на вихревые токи.

C ростом момента на валу уменьшается (см. 2.23) скорость вращения двигателя n и противо – ЭДС Е, а потребляемый ток будет возрастать, пока при новом значении скорости не восстановится равенство (2.21). При уменьшении момента на валу уменьшится ток IЯ , что, в соответствии с (2.21) приведет (при UЯ = const) к возрастанию Е за счет роста скорости.

Таким образом изменение момента нагрузки приводит к некоторому изменению скорости вращения двигателя, то есть механическая характеристика двигателя n = f(MН) является пологопадающей. Для обеспечения стабильной скорости вращения (жесткости механической характеристики) электропривод следует выполнять с системой стабилизации скорости (частоты) вращения.

Дата добавления: 2015-02-10 ; просмотров: 1295 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector