Методические указания по выполнению практических работ ПМ01. МДК 01.04. Раздел 4.1. Электрический привод для специальности 13.02.11

министерство образования и науки Российской Федерации
Старооскольский технологический институт им. А.А. УГАРОВА
(филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения
высшего образования
«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
ОСКОЛЬСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ



УТВЕРЖДЕНО НМС ОПК
_______________
протокол №__
от «___» _________ 20___ г.




Рукавицын Кирилл Олегович

ПМ. 01 МДК.01.04. РАЗДЕЛ 4.1
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД


Методические указания для студентов очной формы обучения
по выполнению практических работ

Специальность

13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)










Старый Оскол 2017
Рассмотрены на заседании П(Ц)К спец. 13.02.11 и 15.02.07
Протокол № ____
от «____» _________ 20___ г







Председатель П(Ц)К

______________________М. В. Горюнова
Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой по МДК 01.04. Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования

Специальности 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям)










Рецензенты:
Внутренний
М. В. Горюнова преподаватель ОПК СТИ НИТУ МИСиС
внешний

Рукавицын К.О.
Электрический привод: методические указания по выполнению практических работ – Старый Оскол: СТИ НИТУ «МИСиС», 2017. – 32 с.

Учебное пособие разработано на основе Федерального государственного стандарта (далее – ФГОС) по специальности среднего профессионального образования (далее – СПО) 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям) и с учетом соответствующей примерной основной образовательной программы (Базисного учебного плана).
В учебном пособии также даны необходимый теоретический материал и методические рекомендации для успешного освоения практической формы обучения.


Содержание
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc484381518" 14Введение 13 PAGEREF _Toc484381518 \h 1441515
13 LINK \l "_Toc484381519" 14Правила выполнения практических заданий 13 PAGEREF _Toc484381519 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc484381520" 14Практическая работа № 1 13 PAGEREF _Toc484381520 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc484381521" 14«Механическая часть электропривода» 13 PAGEREF _Toc484381521 \h 1461515
13 LINK \l "_Toc484381522" 14Практическая работа № 2 13 PAGEREF _Toc484381522 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc484381523" 14«Электропривод с двигателями постоянного тока» 13 PAGEREF _Toc484381523 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc484381524" 14Практическая работа № 3 13 PAGEREF _Toc484381524 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc484381525" 14«Электропривод с двигателями переменного тока» 13 PAGEREF _Toc484381525 \h 14211515
13 LINK \l "_Toc484381526" 14Список рекомендуемых источников 13 PAGEREF _Toc484381526 \h 14321515
15



Введение
При изучении дисциплины «Электрический привод» важно уже в начальной части курса сформировать умения математического описания линейных объектов и систем управления, преобразования математических моделей. Этому в значительной степени должны содействовать практические и лабораторные занятия.
В ходе дальнейшего изучения дисциплины специалист должен получить глубокую подготовку по общетеоретическим основам автоматического регулирования и управления и прочные практические навыки выполнения расчетных работ по расчету автоматических систем, уметь:
- рассчитывать механическую часть электропривода;
- выполнять расчеты для построения механической характеристики различных двигателей.
Рекомендуемая точность расчетов – три знака после запятой.

















Правила выполнения практических заданий
Практические работы являются обязательными и выполняются студентами в аудитории, на специально отведенном занятии (при необходимости, завершение работы выполняется дома).
Задание выдается индивидуально. Номер задания соответствует порядковому номеру студента в групповом журнале.
Практическая работа выполняется после изучения теоретического материала и носит закрепительный характер.
Перед выполнением практической работы, студенту необходимо самостоятельно повторить общие теоретические сведения, ответить на контрольные вопросы.
После выполнения черновых расчетов, студент должен оформить и сдать преподавателю отчет по выполнению практической работы.
Отчет должен содержать:
- ответы на контрольные вопросы;
- цели и задачи которые требуется решить;
- расчетную часть: исходные данные, составление схемы, выполнение расчетов с соответствующим выводом и обоснованием расчетов;
- заключение: основные выводы по решению поставленной задачи.
Итоговая оценка выставляется после защиты студентом практической работы.

Практическая работа № 1
«Механическая часть электропривода»
Цель работы: Сформировать практические навыки в решении задач по механической части электропривода
Студент должен
уметь:
- решать задачи на определение момента статической нагрузки;
определять приведенный момент инерции электропривода;
строить механические характеристики исполнительных механизмов;
знать:
понятия механической части электропривода;
виды передаточных соединений;
Теоретическая часть:
Активные моменты сопротивления – моменты, вызванные весом поднимаемого и спускаемого груза. В уравнении механического движения электропривода перед этим моментом всегда ставится знак (–) независимо от подъема или спуска груза.
Реактивный момент сопротивления – момент, всегда препятствующий движению электропривода и изменяющий свой знак при изменении направления движения (например при резании металла). При положительной скорости электродвигателя перед этим моментом в уравнении механического движения электропривода необходимо ставить знак (–), а при обратном движении знак (+).
За положительное направление вала двигателя принимается вращение по часовой стрелке. Если временной момент на валу двигателя направлен в эту сторону, то ему приписывают знак (+). При обратном направлении движения – знак (–). В тормозных режимах двигателя знаки перед вращающимся моментом двигателя и угловой скоростью противоположны.
Механическая часть электропривода может быть сложной и представлять кинематическую цепь с большим числом движущихся элементов (шестерни, соединительные муфты, тормозные шкивы, барабаны, поворотные платформы, линейный стол, поднимаемые грузы и т.д.). Движение одного элемента дает полную информацию о движении всех остальных элементов. Обычно в качестве такого элемента принимают вал двигателя, приводя к нему моменты и усилия сопротивления, а также моменты инерции и массы.
В результате такого приведения реальная кинематическая схема заменяется расчетной энергетически эквивалентной схемой. Это позволяет наиболее точно исследовать характер движения привода и режим его работы, точнее формировать законы движения. Покажем такое приведение на примере схемы механической части электропривода подъемной лебедки (рис. 2.1).

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис. 1.1. Схема механической части электропривода

На основании вышеизложенного запишем в окончательном виде формулы приведенных к валу электродвигателя параметров исполнительных органов.
Примем следующие допущения: система жесткая, без зазоров.
При прямом потоке энергии в механической части ( подъем груза)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (1.1)
При обратном потоке энергии в механической части (опускание груза)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (1.2)
В формулах (1.1) и (1.2):
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – передаточное число редуктора;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– КПД передачи.
При линейном движении ИО и прямом потоке энергии (подъем груза)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (1.3)
При обратном потоке энергии (опускание груза)
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (1.4)
В формулах (2.3) и (2.4):
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– сила тяжести, Н;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, m – масса груза вместе с крюком, кг;
g = 9,81 м/с2 – ускорение силы тяжести;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – радиус приведения кинематической цепи между двигателем и исполнительным органом, м.
Приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (1.5)
В формуле (1.5) в момент инерции двигателя 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 входит момент инерции муфты М1 и шестерни Z1, а в момент инерции исполнительного органа (барабана) 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – момент инерции муфты М2 и шестерни Z2 .

Задание
Решить задачу по механической части электропривода, соответствующую варианту.
Пример решения задания
Шахтная подъемная лебедка поднимает груз G = 60 000 H. Определить приведенные к валу электродвигателя суммарный момент инерции ЭП подъемной лебедки и статический момент нагрузки, если даны номинальная скорость вращения электродвигателя nн = 494 об/мин, вес каната Gк = 7800 Н, передаточное число редуктора i = 11,5, КПД редуктора
· = 0,94, момент инерции барабана Б вместе с зубчатым колесом 2 J2 = 67,5 кг
·м2, момент инерции двигателя вместе с зубчатым колесом 1 J1 = 106 кг
·м2, диаметр барабана Dб=3 м.


1. Определим скорость подъема груза Vм: 
Vм =
· Dб nн / (i 60)
2. Определим суммарный приведенный к валу электродвигателя момент инерции подъемной лебедки: 
J = J1 + J2 / i2 + ((G + Gк) / g2)(Vм /
·н)2
где
·н = 2
· nн / 60
3. Приведенный к валу электродвигателя момент сопротивления нагрузки:
Мс = (G + Gк) Rб / (i
·)
или
Мс = ((G + Gк) / 10) (
· /
·
Варианты заданий
Необходимо рассчитать и построить механическую характеристику вентилятора Mc(
·) c учетом момента потерь в двигателе
·Мдв и механизме
·Ммех.
Pвент=20 кВт,
·вент.ном.=105 рад/с,
·Мдв+
·Ммех=2 кВт

Уравнение механических характеристик двигателя и исполнительного органа рабочей машины имеют вид
·=300-3М и Мс=30+2
·. Требуется узнать установившиеся скорость и момент двигателя.

Необходимо рассчитать и построить механическую характеристику намоточной машины Mc(
·) c учетом момента потерь в двигателе
·Мдв и механизме
·Ммех.
Pвент=215 кВт,
·вент.ном.=300 рад/с,
·Мдв+
·Ммех=0,07Мдв.ном.

Необходимо рассчитать и построить механическую характеристику насоса Mc(
·) c учетом момента потерь в двигателе
·Мдв и механизме
·Ммех.
Pвент=15 кВт,
·вент.ном.=95 рад/с,
·Мдв+
·Ммех=0,08Мдв.ном.

Необходимо рассчитать и построить механическую характеристику генератора Mc(
·) c учетом момента потерь в двигателе
·Мдв и механизме
·Ммех.
Pвент=51 кВт,
·вент.ном.=105 рад/с,
·Мдв+
·Ммех= 4кВт

Рассчитать статический момент и частоту вращения двигателя прокатного стана. Двигатель соединен с валками через редуктор (i=4,
·р=0,95), шестереночную клеть (
·к=0,94) и шпиндель (
·ш=0,99). Момент прокатки и сил трения Мпр=Мс.м.=62 кН
·м. Скорость прокатки v=1,5 м/с, диаметр валков d=0,8 м.

Определить приведенный момент инерции привода подъемного механизма если известно: угловая скорость двигателя
·=75,35 рад/с, масса поступательно движущегося груза mп=98 т, передаточные числа редукторов i1=8, i2=8,7, диаметр барабана dб=0,5 м, момент инерции двигателя Jд=0,668 кг
·м2, момент инерции муфты и тормозного шкива Jт=0,255 кг
·м2, момент инерции барабана Jб=14 кг
·м2, момент инерции редуктора равен 20% от момента инерции двигателя.


Определить за какое время разгонится привод прокатной клети если динамический момент равен 39,29 кН
·м, начальная угловая скорость привода – 15 об/мин, конечная скорость привода 60 об/мин, приведенный момент инерции всех частей привода – 12,125 т
·м2.

Рассчитать приведенный момент инерции привода грузоподъемной лебедки при нижнем положении груза. Данные для расчета: передаточное число редуктора iр=11; КПД редуктора
·р = 0,92; диаметр барабана Б Dб =1 м; масса груза m =15000 кг. Моменты инерции вращательно движущихся элементов двигателя Jдв=1 кг
·м2, элементов 2 и 3, 6 и 7 – 0,05 кг
·м2, редуктора 4-5 – 0,01 кг
·м2, барабана – 0,7 кг
·м2.



Электропривод с двигателем приводит в движение грузоподъемную лебедку. Найти время, через которое скорость снизится до нуля, если двигатель отключается от сети.
Данные для расчета: Рн = 37 кВт, nн = 575 об/мин;
·нач=61 рад/с, Jдв = 2 кг
·м2; масса груза mг = 1000 кг; передаточное число редуктора Р iр =6,4; масса барабана Б mб = 300 кг; радиус барабана Rб = 0,3 м; КПД редуктора равен 0,89; механические связи считать абсолютно жесткими.


Определить динамический момент, который при моменте инерции 0,2 кг
·м2 обеспечит увеличение скорости на 200 рад/с за время 1 с.

Схема механической части электропривода лифта приведена на рисунке. Записать в общем виде формулы для определения приведенного статического момента и момента инерции электропривода.
Исходные данные: грузоподъемность лифта (6) mг кг, скорость движения кабины v м/с, масса кабины mк кг, масса противовеса (8) mпв кг, диаметр канатоведущего шкива (5) dк.ш. м; передаточное число редуктора (4) iр, КПД механической передачи
·мп, длина канатов Lк, масса 1 м каната mк кг/м, моменты инерции 1 и 4 J1 и J2, момент инерции двигателя (2) Jд. Двигатель связан с тормозом 1 и через муфту с редуктором 4.

Контрольные вопросы:
Назовите составные части электропривода.
Назовите основные типы электродвигателей.
Запишите уравнения движения электропривода. Поясните возможные состояния электропривода на основании уравнения движения.
Какие элементы относятся к механической части электропривода?
Что такое динамический момент электропривода? Когда он возникает?
Как рассчитывается время разгона и торможения в электрическом приводе?
Какие двигатели используются в электроприводах с частыми разгонами и торможениями?
С какой целью осуществляется приведение моментов электропривода к одной оси вращения?
С какой целью и как осуществляется приведение моментов инерции электропривода к одной оси вращения?
Что такое радиус приведения? В каком случае он используется при приведении момента инерции?
Как учитывается КПД исполнительного механизма при работе привода в двигательном режиме? В тормозном (генераторном) режиме?
Что такое механическая характеристика?
Что такое жесткость механической характеристики?
Какие виды механических характеристик исполнительных органов Вы знаете?
Какие виды механических характеристик двигателей Вы знаете?
Назовите условие устойчивого движения в установившемся режиме
В каких случаях возникает неустановившееся движение?
Для чего необходим анализ переходных процессов в электроприводе?
Какие четыре группы переходных процессов в электроприводе Вы знаете?

Практическая работа № 2
«Электропривод с двигателями постоянного тока»
Цель работы: Сформировать практические навыки по решению задач с ДПТ
Студент должен
уметь:
стоить механическую характеристику ДПТ (естественную и искусственную);
рассчитывать тормозные сопротивления;
знать:
основные виды торможения;
основные режимы работы ДПТ;
виды ДПТ.
2.2.1. Пояснение к занятию: 
На рисунке 4.1 приведена схема включения ЭД в сеть.
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 2.1. Схема включения ЭД в сеть

ДПТ НВ может работать в двигательных и тормозных режимах.
Электромеханической характеристикой называется зависимость угловой скорости ЭД от тока якоря 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Она характеризует загрузку якоря по току.
Механической характеристикой называется зависимость момента ЭД от скорости: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Она характеризует работу электродвигателя. Обе зависимости связаны между собой следующим выражением:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.1)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – конструктивный коэффициент ЭД (13 EMBED Equation.DSMT4 1415– число пар полюсов статора; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– число активных проводников обмотки якоря; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– число параллельных ветвей обмотки якоря);
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– номинальный магнитный поток статора, Вб;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– ток якоря, А.
Двигательный режим ДПТ НВ
Для якорной цепи может быть записано следующее выражение:
Uя = Е+(Rя+Rд)13 EMBED Equation.DSMT4 1415Iя. (2.2)
Для цепи возбуждения:
Uв = (Rовм+Rдв) 13 EMBED Equation.DSMT4 1415Iв, (2.3)
где Iя и Iв – токи в цепи якоря и обмотки возбуждения, А; Uя = Uс – напряжение якоря и сети, В; Е – противоЭДС, наводимая в обмотке якоря при его вращении в магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения, В; Rд и Rдв – добавочные сопротивления в цепях якоря и возбуждения, Ом (они могут отсутствовать); Rя = Rо.я +Rко + Rдп + Rщ.к – внутреннее сопротивление якорной цепи, Ом; (Rо.я – сопротивление обмотки якоря; Rдп – сопротивление обмотки дополнительных полюсов; Rко – сопротивление компенсационной обмотки; Rщ.к – сопротивление щеточного контакта).
Сопротивление Rя определяется по выражению:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (2.4)
Ток возбуждения создает магнитный поток Ф (в веберах). Для получения номинального магнитного потока при пуске ЭД сопротивление Rдв принимается равным нулю. После чего подается номинальное напряжение на якорную цепь и на обмотку возбуждения. Взаимодействие пускового тока якоря с номинальным магнитным потоком статора Фн создает вращающий момент Мв и двигатель запускается.
При скорости 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, пусковой ток в якоре определяется по выражению
13 EMBED Equation.DSMT4 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415,
т.к. Rя – очень мало.
Для уменьшения пускового тока якоря до безопасного значения (2,5 Iян) на время пуска ЭД в цепь якоря необходимо включать добавочное сопротивление
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (2.5)
Обычно добавочное сопротивление (пусковой реостат) разбит на секции. По мере увеличения скорости растет противоЭДС и ток в якоре уменьшается согласно выражению:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (2.6)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – противоЭДС ЭД.
Поэтому при пуске ЭД необходимо постепенно шунтировать секции пускового реостата.
Если решить уравнение (4.2) относительно угловой скорости, то получим уравнение для естественной электромеханической характеристики [1,4]:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (2.7)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – скорость идеального холостого хода ЭД; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – перепад скорости по отношению к скорости 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
В уравнении (4.7) 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 определяется как:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (2.8)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– номинальная угловая скорость ЭД, рад/с.
Ток якоря определяется по выражению 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Если этот ток подставить в уравнение (4.7), то получим уравнение для механической характеристики [1,4]:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (2.9)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– номинальная мощность ЭД, кВт;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – номинальный момент ЭД, Н·м.
Если Uя 13 EMBED Equation.DSMT4 1415Uян, или ф13 EMBED Equation.DSMT4 1415фн, или Rд 13 EMBED Equation.DSMT4 14150, то получим искусственные электромеханические и механические характеристики. Естественная и искусственные характеристики приведены на рисунке 2.2.

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 2.2. Естественная и искусственные характеристики ЭД


Тормозные режимы ДПТ НВ
ЭД может работать в трех тормозных режимах – генераторном (рекуперативном), динамического торможения и в режиме противовключения [1,4].
а) Генераторный (рекуперативный) режим
Его можно получить, если уменьшить напряжение на якоре (Uя < Uян). При этом скорость якоря 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 будет больше скорости 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Схема ЭД будет такая же, как и в двигательном режиме. Сначала ЭД тормозится, отдавая энергию в сеть, затем он переходит работать в двигательный режим, но с меньшей скоростью (рис. 2.3).
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 2.3. Характеристики двигательного и рекуперативного
режима торможения ЭД

б) Динамический режим
Необходимо у работающего ЭД якорь замкнуть на тормозное сопротивление Rт, а обмотку возбуждения оставить подключенной к источнику питания (рис. 4.4).
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 4.4. Схема ЭД в динамическом режиме торможения

Сопротивление Rт включено для ограничения начального тормозного тока до величины Iт.нач = 2,5Iян: 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Тормозная характеристика приведена на рисунке 2.5 (второй квадрант).
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис. 2.5. Тормозная характеристика ЭД в динамическом режиме торможения
в) Торможение противовключения путем перемены полярности напряжения на якоре. Схема ЭД приведена на рисунке 426.

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 2.6. Схема ЭД при реализации торможения противовключения путем перемены полярности напряжения на якоре

Для включения ЭД в двигательный режим необходимо включить контакты контактора КМ1. Для получения торможения противовключением необходимо отключить контакты КМ1 и включить контакты контактора КМ2. В результате таких переключений поменяется полярность напряжения на якоре, изменится направление тока в якоре, и ЭД будет тормозиться.
Для ограничения тормозного тока на время торможения ЭД включают в цепь якоря сопротивление Rд и так называемое сопротивление противовключения Rпр:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (2.10)
Тормозной ток определяется по выражению:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (2.11)
Тормозные характеристики приведены на рисунке 2.7 (второй квадрант).

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис. 427. Тормозные характеристики ЭД при торможении противовключением
При скорости 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 ЭД отключают от сети. Если требуется осуществить реверс ЭД, то при скорости 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 необходимо отключить сопротивление Rпр. Тогда двигатель начнется вращаться в противоположную сторону (третий квадрант).
г) Торможение противовключением за счет действия активного момента сопротивления Мса.
Если при подъеме груза ввести в цепь якоря сопротивление Rд и Rпр, то сформируется механическая характеристика, на которой все моменты двигателя (в том числе и при нулевой скорости) будут меньше Мс. Под действием момента сопротивления якорь выворачивается в обратную сторону. В результате в режиме противовключения осуществляется спуск груза на малой (ползучей) скорости (13 EMBED Equation.DSMT4 1415). Механическая характеристика приведена на рисунке 4.7 пунктиром.
Задание
Рассчитать трехступенчатый пусковой реостат (Z = 3) для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, технические данные которого: Pном= 7,1 кВт; Uном = 220 В; nном = 750 об/мин; rя = 0,48 Ом;
·ном = 83,5 %. Режим пуска форсированный.
Решение:
Ток якоря в номинальном режиме: 13 EMBED Equation.3 1415
Принимаем значение пускового тока: 13 EMBED Equation.3 1415
Номинальное сопротивление двигателя: 13 EMBED Equation.3 1415
Отношение начального пускового тока к току переключений:
13 EMBED Equation.3 1415
Сопротивление резисторов реостата:
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Варианты
Построить естественную механическую характеристику ДПТ НВ 2ПН90МУХЛ4 Pном=0,25 кВт Uном=220 В; nном=1120 об/мин; nмакс=2000 об/мин;
·=57%; Rоя15=15,47 Ом; Rдп15=11,2 Ом; Rов15=162 Ом; Lоя=297 мГн.
ДПТ НВ типа 2ПН225МУХЛ4 имеет следующие паспортные данные Pном=37 кВт Uном=220 В; nном=1500 об/мин; nмакс=3000 об/мин;
·=86,5%; Rоя15=0,0336 Ом; Rдп15=0,0159Ом; Rов15=45,75 Ом. Требуется определить: сопротивления резисторов, включение которых ограничит ток при пуске и торможении противовключением до уровня Iдоп = 2,5 Iн
Построить естественную механическую характеристику ДПТ НВ 2ПН160МУХЛ4 Pном=18 кВт Uном=440 В; nном=3150 об/мин; nмакс=4000 об/мин;
·=87,5%; Rоя15=0,145 Ом; Rдп15=0,101 Ом; Rов15=12,6 Ом; Lоя=4 мГн.
ДПТ НВ типа 2ПН90МУХЛ4 имеет следующие паспортные данные: Pном=0,25 кВт Uном=220 В; nном=1120 об/мин; nмакс=2000 об/мин;
·=57%; Rоя15=15,47 Ом; Rдп15=11,2 Ом; Rов15=162 Ом; Lоя=297 мГн. Требуется определить: сопротивления резисторов, включение которых ограничит ток при пуске и торможении противовключением до уровня Iдоп = 3 Iн
Построить естественную механическую характеристику ДПТ НВ 2ПН225МУХЛ4 Pном=37 кВт Uном=220 В; nном=1500 об/мин; nмакс=3000 об/мин;
·=86,5%; Rоя15=0,0336 Ом; Rдп15=0,0159Ом; Rов15=45,75 Ом.
Рассчитать двухступенчатый пусковой реостат (Z = 2) для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, технические данные которого: Pном= 37 кВт; Uном = 440 В; nном = 1500 об/мин; rя = 0,0614 Ом;
·ном = 91 %. Режим пуска форсированный.
Рассчитать двухступенчатый пусковой реостат (Z = 2) для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, технические данные которого: Pном= 18 кВт; Uном = 440 В; nном = 3150 об/мин; rя = 0,305 Ом;
·ном = 87,5 %. Режим пуска форсированный.
Построить естественную механическую характеристику ДПТ НВ 2ПН315МУХЛ4 Pном=200 кВт Uном=440 В; nном=1500 об/мин; nмакс=2400 об/мин;
·=91%; Rоя15=0,013 Ом; Rдп15=0,0081 Ом; Rов15=14,8 Ом
Электропривод имеет линейные механические характеристики с жесткостью
·=45 Н
·м
·с. Номинальный момент Мн=77 Н
·м. Наибольшее значение скорости холостого хода
·0=104,6 рад/с. Найти величину диапазона регулирования скорости, если момент на валу двигателя может изменяться в пределах 0,2Мн
·Мс
·1,5Мн и требуемая точность поддержания заданной скорости составляет
·доп=5 %. Какой должна быть жесткость механической характеристик, чтобы достичь диапазона D=10000?
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН160МУХЛ4 (Pном=18 кВт Uном=440 В; nном=3150 об/мин; nмакс=4000 об/мин;
·=87,5%; Rоя15=0,145 Ом; Rдп15=0,101 Ом; Rов15=12,6 Ом; Lоя=4 мГн) при уменьшении магнитного потока в 1,5 раза
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН225МУХЛ4 (Pном=37 кВт Uном=220 В; nном=1500 об/мин; nмакс=3000 об/мин;
·=86,5%; Rоя15=0,0336 Ом; Rдп15=0,0159Ом; Rов15=45,75 Ом) при уменьшении напряжении на якоре до 100 В.
Рассчитать трехступенчатый пусковой реостат (Z = 3) для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, технические данные которого: Pном= 18 кВт; Uном = 440 В; nном = 3150 об/мин; rя = 0,305 Ом;
·ном = 87,5 %. Режим пуска форсированный
Рассчитать трехступенчатый пусковой реостат (Z = 3) для двигателя постоянного тока независимого возбуждения, технические данные которого: Pном= 37 кВт; Uном = 440 В; nном = 1500 об/мин; rя = 0,0614 Ом;
·ном = 91 %. Режим пуска форсированный.
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН160МУХЛ4 (Pном=18 кВт Uном=440 В; nном=3150 об/мин; nмакс=4000 об/мин;
·=87,5%; Rоя15=0,145 Ом; Rдп15=0,101 Ом; Rов15=12,6 Ом; Lоя=4 мГн) при введении в цепь якоря сопротивления 1,5 Ом
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН225МУХЛ4 (Pном=37 кВт Uном=220 В; nном=1500 об/мин; nмакс=3000 об/мин;
·=86,5%; Rоя15=0,0336 Ом; Rдп15=0,0159Ом; Rов15=45,75 Ом) при введении добавочного сопротивления в цепь якоря, равному 1 Ом.
ДПТ НВ типа 2ПН160МУХЛ4 имеет следующие паспортные данные: Pном=18 кВт Uном=440 В; nном=3150 об/мин; nмакс=4000 об/мин;
·=87,5%; Rоя15=0,145 Ом; Rдп15=0,101 Ом; Rов15=12,6 Ом; Lоя=4 мГн. Требуется определить: сопротивления резисторов, включение которых ограничит ток при пуске и торможении противовключением до уровня Iдоп = 3 Iн
ДПТ НВ типа 2ПН315МУХЛ4 имеет следующие паспортные данные Pном=200 кВт Uном=440 В; nном=1500 об/мин; nмакс=2400 об/мин;
·=91%; Rоя15=0,013 Ом; Rдп15=0,0081 Ом; Rов15=14,8 Ом. Требуется определить: сопротивления резисторов, включение которых ограничит ток при пуске и торможении противовключением до уровня Iдоп = 2,5 Iн.
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН225МУХЛ4 (Pном=37 кВт Uном=220 В; nном=1500 об/мин; nмакс=3000 об/мин;
·=86,5%; Rоя15=0,0336 Ом; Rдп15=0,0159Ом; Rов15=45,75 Ом) при уменьшении магнитного потока в ОВ в 2 раза
Электропривод имеет линейные механические характеристики с жесткостью
·=20 Н
·м
·с. Номинальный момент Мн=40 Н
·м. Наибольшее значение скорости холостого хода
·0=120 рад/с. Найти величину диапазона регулирования скорости, если момент на валу двигателя может изменяться в пределах 0,3Мн
·Мс
·Мн и требуемая точность поддержания заданной скорости составляет
·доп=1 %. Какой должна быть жесткость механической характеристик, чтобы достичь диапазона D=1000.
Построить естественную механическую характеристику и искусственную ДПТ НВ 2ПН90МУХЛ4 (Pном=0,25 кВт Uном=220 В; nном=1120 об/мин; nмакс=2000 об/мин;
·=57%; Rоя15=15,47 Ом; Rдп15=11,2 Ом; Rов15=162 Ом; Lоя=297 мГн) при введении добавочного сопротивления в цепь якоря, равному 30 Ом
Контрольные вопросы:
Какие типы двигателей постоянного тока существуют?
По каким двум точкам строятся статические механические характеристики ДПТ НВ?
Назовите достоинства, недостатки, область применения торможения протвивовключением.
В чем заключается сущность импульсного регулирования?
Какими уравнениями описываются электрические и электромеханические процессы в двигателях постоянного тока независимого возбуждения?
Что такое жесткость? Как ее вычислить для ДПТ НВ?
Как можно осуществить режим торможения противовключением?
Назовите типы преобразовательных устройств, применяемые в ЭП постоянного тока.
Как вычисляется жесткость механической характеристики ДПТ?
Как происходит переход от абсолютных величин к относительным?
Назовите достоинства, недостатки, область применения динамического торможения.
Каковы недостатки системы Г-Д?
Назовите режимы работы ДПТ НВ.
Регулируя какие параметры ДПТ НВ можно получить искусственные механические (электромеханические характеристики)?
Как можно осуществить режим динамического торможения?
Опишите функциональную схему и принцип действия управляемого тиристорного преобразоватлея.
Назовите генераторные режимы ДПТ НВ.
Какие виды пуска Вы знаете?
Как осуществляется реверс ДПТ НВ?
Каким образом регулируется напряжения якоря ДПТ в системе ТП – Д?
Назовите режимы работы ДПТ ПВ.
Какие технологические требования, предъявляемые к пуску Вы знаете?
Как осуществляется реверс ДПТ ПВ, ДПТ СВ, ДПТ ШВ?
В чем заключается сущность импульсного регулирования?
Назовите режимы работы ДПТ СВ.
Какими методами можно рассчитать сопротивления для реостатного пуска?
Какие способы регулирования скорости ДПТ вы знаете?
Назовите типы преобразовательных устройств, применяемые в ЭП постоянного тока.







Практическая работа № 3
«Электропривод с двигателями переменного тока»
Цель работы: Сформировать практические навыки по решению задач с асинхронными двигателями
Студент должен
уметь:
стоить механическую характеристику АД (естественную и искусственную);
рассчитывать тормозные сопротивления;
знать:
основные виды торможения;
основные режимы работы АД;
виды двигателей переменного тока.
Теоретическое введение:
Основная схема включения трехфазного АД в сеть и соответствующая ей однофазная схема замещения с вынесенным контуром намагниченности показаны на рисунке 3.1
13 EMBED Visio.Drawing.11 1415


Рис.3.1. Схема включения (а) и однофазная схема замещения (б) АД

На схеме приняты следующие обозначения:
Uф – действующее значение фазного напряжения сети, В;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – фазные токи соответственного намагничивания, обмотки статора и приведенный ток ротора, А;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – индуктивное сопротивление контура намагничивания, Ом;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – активные фазные сопротивления обмоток, соответственно статора и ротора; последнее приведено к обмотке статора, Ом;
R1д и R2д – добавочные сопротивления в фазах статора и ротора;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – индуктивные фазные сопротивления, обусловленные полями рассеяния обмоток статора и ротора; последнее приведено к обмотке статора, Ом.
S – скольжение двигателя, определяется по выражению :
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.1)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – угловая скорость ротора, рад/с; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – угловая скорость магнитного поля статора, называемая синхронной, рад/с.
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (3.2)
В выражении (3.2):
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – частота напряжения питающей сети, Гц; р – число пар полюсов двигателя.
Рассматриваемая схема замещения АД получена при определенных допущениях. В частности, ее параметры считаются не зависящими от режима работы, не учитываются насыщение магнитопровода, добавочные потери, а также влияние пространственных и временных высших гармонических составляющих (н.с.) обмоток статора и ротора.
При подведении к обмотке статора переменного трехфазного напряжения в статоре образуется вращающееся магнитное поле со скоростью 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Это поле пересекает обмотку ротора и наводит в ней ЭДС [1]:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.3)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415< 1 – обмоточный коэффициент, учитывающий уменьшение ЭДС ротора вследствие геометрического сложения ЭДС, и укорочение шага обмотки ротора;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– частота тока в обмотке ротора, Гц;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415– число витков обмотки фазы ротора;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – максимальное значение магнитного потока статора, Вб.
Эта ЭДС создает ток в обмотке ротора
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 (3.4)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– активное сопротивление фазной обмотки ротора;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – индуктивное сопротивление рассечения фазы роторной обмотки.
Взаимодействуя с полем статора, активный ток создает пусковой вращающий момент, и двигатель запускается, вращаясь в дальнейшем со скоростью
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (3.5)
При номинальном скольжении 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 номинальная скорость 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Для обычных двигателей 13 EMBED Equation.DSMT4 1415= 0,02ч0,06, для двигателей с повышенным скольжением 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 0,08ч0,18.
Запуск электродвигателя происходит по следующей механической характеристике (рис. 3.2).

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415

Рис. 3.2. Механическая характеристика АД

На рисунке 8.2 обозначено: Мп – пусковой момент; Мк – критический момент; Мн – номинальный момент; Sк – критическое скольжение.
Так как ЭДС, индуктированная в обмотке ротора в момент пуска имеет максимальное значение (при S=1, f2=50 Гц), то ток в обмотке ротора I2 = (4–8)Iн.д. (Iн.д – номинальный ток двигателя).
Однако на пусковой момент влияет не эта величина пускового тока (I2 = Iп), а сдвиг фаз между током I2 и ЭДС Е2s ротора.
Если индуктивность обмотки ротора велика, то будет большим и сдвиг фаз между током ротора I2 и ЭДС ротора Е2s.
В момент пуска, когда ротор еще неподвижен, частота тока в обмотке ротора наибольшая (13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415=50 Гц), и поэтому индуктивное сопротивление13 EMBED Equation.DSMT4 1415 имеет наибольшее максимальное значение 13 EMBED Equation.DSMT4 1415:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.6)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– индуктивность рассеяния фазы обмотки ротора.
Вращающий момент АД определяется по формуле
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.7)
а коэффициент мощности 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 - по выражению [1]
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (3.8)
В формуле (8.7): 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– обмоточный коэффициент; 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– угол сдвига фаз между ЭДС и током фазы обмотки ротора.
Таким образом, момент двигателя определяется активной слагающей пускового полного тока ротора 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Пусковой момент двигателя можно увеличить, если в момент пуска уменьшить сдвиг фаз меду током I2 и ЭДС E2S ротора. Это приведет к тому, что увеличится 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. При R2доб = 0 и
· = 0 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 0,1ч0,2. При R2доб
· 0 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 0,3–0,6. При
· =
·н 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 = 0,8ч0,9. На практике этим способом часто пользуются. Для этого в цепь ротора вводят активное сопротивление, которое затем выводят как только двигатель увеличит скорость, либо применяют двигатель, у которого на роторе глубокие пазы для стержней, либо две клетки (две короткозамкнутые обмотки).
Таким образом, пусковой момент двигателя зависит от конструкции ротора.
При пуске АД с уменьшением скольжения от S = 1 до S = Sк уменьшаются частота 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и ЭДС Е2, полный ток I2 уменьшается очень медленно (всего на 29 % от I2п), а 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и активный ток I2а значительно увеличиваются. При дальнейшем пуске АД от S = Sк до S = 0 токи I2 и I2а резко уменьшаются при незначительном росте 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Такие изменения параметров в цепи ротора и определяют вид характеристики (рис. 3.2).
Для вывода уравнения механической характеристики и ее построения обычно пользуются схемой замещения двигателя (рис. 3.1б), рассматривая баланс мощности в двигателе.
Электромагнитная мощность Р12, передаваемая ротору от статора, определяется электромагнитным моментом М, развиваемым двигателем: Р12 = М13 EMBED Equation.DSMT4 1415
·0. Здесь, как и ранее, считается, что электромагнитный момент двигателя приблизительно равен моменту на его валу, т.е. не учитываются механические потери.
Мощность, передаваемую ротору, можно разделить на две составляющие: мощность, преобразуемую в механическую Рм, и мощность потерь
·Рэл.2 в роторе. Первая составляющая может быть определена следующим образом: Рм = М13 EMBED Equation.DSMT4 1415
·. Вторая составляющая представляет собой электрические потери в обмотках ротора и потери на перемагничивание.
Как правило, потери в стали ротора существенно меньше электрических потерь, в связи с чем последними можно пренебречь. Тогда
Р12 =Рм +
·Рэл.2, (3.9)
или М13 EMBED Equation.DSMT4 1415
·0 = М13 EMBED Equation.DSMT4 1415
· +
·Рэл.2.
Отсюда

·Рэл.2 = М(
·0 –
·) = М13 EMBED Equation.DSMT4 1415
·0 13 EMBED Equation.DSMT4 1415S. (3.10)
Учитывая, что

·Рэл.2 = 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.11)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415=13 EMBED Equation.DSMT4 1415, можно записать выражение для момента в виде
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 . (3.12)
Из схемы замещения
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.13)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – индуктивное фазное сопротивление короткого замыкания.
Выражение (8.13) представляет собой уравнение электромеханической характеристики двигателя 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, так как скольжение 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 однозначно определяет величину скорости двигателя 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Отметим, что для АД обычно под электромеханическими и механическими характеристиками понимаются зависимости момента и тока от скольжения. В этом случае соответствующие уравнения получают более компактную форму записи и оказываются удобными для вычисления.
Подстановка (8.13) в (8.12) дает уравнение механической характеристики [1,2,3,4]:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (3.14)
Максимальное значение момента Мк принято называть критическим (допустимым перегрузочным моментом). Соответствующее ему скольжение Sк также называется критическим. Для определения Sк необходимо решить уравнение вида 13 EMBED Equation.DSMT4 1415, подставив в него М(S).
Решение этого уравнения дает:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (3.15)
Подставляя значение 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 в уравнение (8.14), находим:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415. (3.16)
Знак (+) соответствует S > 0, а (–) – S < 0. Знаки «13 EMBED Equation.DSMT4 1415» в уравнении (3.16) означают, что максимум момента может иметь место при S > 0 в двигательном режиме или в режиме противовключения, а при S < 0 – в генераторном режиме.
Из уравнения (8.16) видно, что при работе в генераторном режиме с рекуперацией энергии критический момент больше, чем при работе в двигательном режиме или режиме противовключения.
Из уравнений (3.14) и (3.16) с учетом (3.15) может быть получена другая формула для механической характеристики:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.17)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Для крупных машин сопротивление 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 невелико, поэтому практически 13 EMBED Equation.DSMT4 141513 EMBED Equation.DSMT4 1415. В этом случае получится формула, более удобная для расчетов:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.18)
Критическое скольжение можно определять по следующему выражению:
13 EMBED Equation.DSMT4 1415, (3.19)
где 13 EMBED Equation.DSMT4 1415– коэффициент перегрузочной способности.
Для уравнения (8.18) достаточно знать лишь параметры, которые обычно указываются в каталогах, или могут быть найдены по данным каталогов, тогда как такие параметры, как 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 обычно неизвестны.
Анализ формулы (8.18) показывает, что при S > Sк (нерабочая часть характеристики) получается гипербола. Эта часть характеристики соответствует лишь пусковым и тормозным режимам.
При малых значениях скольжения (S < Sк) для М = f(S) получится уравнение прямой линии. Эта линейная часть характеристики является ее рабочей частью, на которой двигатель обычно работает в установившемся режиме. На этой же части характеристики находятся точки, соответствующие номинальным данным Мн, Iн,
·н, Sн .
Величина номинального скольжения зависит от сопротивления ротора и мощности двигателя. Двигатель с малым сопротивлением (большой мощности) ротора имеет малые Sк и Sн и более жесткую механическую характеристику.
Анализ уравнений (3.15) и (3.16) показывает, что Мк и Sк уменьшаются с увеличением индуктивных сопротивлений обмоток 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 и активного сопротивления 13 EMBED Equation.DSMT4 1415 обмотки статора.
Критическое скольжение не зависит от питающего напряжения и прямо пропорционально 13 EMBED Equation.DSMT4 1415. Это свойство используется для увеличения пускового момента АД с фазным ротором при включении в цепь ротора добавочного сопротивления R2д (рис. 3.1а).
Механические характеристики АД с фазным ротором приведены на рисунке 3.3.

13 EMBED Visio.Drawing.11 1415
Рис. 3.3. Механические характеристики АД с фазным ротором

С увеличением сопротивления R2д снижается жесткость механических характеристик аналогично как и для ДПТ независимого возбуждения.
Момент Мк не зависит от активного сопротивления цепи ротора и пропорционален квадрату напряжения питающей сети. Снижение напряжения питающей сети на ~15 % приводит к уменьшению Мк и соответственно
· на 28 %.

Задание
Задача 1. Построить естественную и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя при различных способах регулирования. Естественная и искусственные (3 шт.) механические характеристики должны быть построены в одной оси координат (в одной системе координат 4 графика: 3 искусственной механической характеристики + 1 естественная !!!!). Данные к задаче приведены в таблице 3.1. Недостающие данные необходимо получить из каталогов двигателей. В конце задачи необходимо ответить НА ВСЕ контрольные вопросы.
Каждый изготовленный двигатель имеет соответствующие ГОСТ характеристики, которые приведены в каталогах. Эти данные можно представить следующим образом. Режим номинальной мощности (100%-ая нагрузка): линейные напряжение Uном. и ток статора I1ном., полезная мощность P2ном, коэффициент полезного действия
·ном., коэффициент мощности cos
·ном, частота вращения n2. (или скольжение sном.). Режим максимального момента: кратность максимального момента KM=Mm/Mном. Режим короткого замыкания (заторможенный ротор): кратности пускового момента KП=MП/Mном. И пускового тока Ki=IП/Iном. Для АД серии 4А в каталогах приведены также параметры схемы замещения АД в относительных единицах, а именно активное и индуктивное сопротивления статора R1* и Х1*, приведенные активное и индуктивное сопротивления ротора R’2* и X’2* и индуктивное сопротивление цепи намагничивания Х
·*. Для перехода от относительных единиц к абсолютным, необходимо найти номинальное фазное напряжение двигателя Uф=Uном/
·3 и номинальный ток:
13 EMBED Equation.3 1415.
Базовое сопротивление:
13 EMBED Equation.3 1415.
Тогда активное сопротивление статора будет равно
13 EMBED Equation.3 1415
Индуктивное сопротивление статора
13 EMBED Equation.3 1415
Приведенное активное сопротивление ротора
13 EMBED Equation.3 1415
Приведенное индуктивное сопротивление ротора
13 EMBED Equation.3 1415.
Для двигателей серии 4А также указывается критическое скольжение sк, если оно не дано, то его можно вычислить приближенно по формулам:
13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415,
где Хk – индуктивное сопротивление КЗ, sн – номинальное скольжение.
Xk=X1+X2’.
Механическую характеристику асинхронного двигателя можно построить по уточненной (или упрощенной) формуле Клосса. Воспользуемся уточненной формулой, имеющей вид:

где Мк – критический момент; sк – критическое скольжение; а=R1/R’2 – отношение активных сопротивления статора и приведенного сопротивления ротора; s – текущее скольжение; M – текущий момент.
Скольжение – величина, характеризующая запаздывание скорости вращения ротора по отношению к скорости вращения статора. Определяется по выражению:
13 EMBED Equation.3 1415 или 13 EMBED Equation.3 1415
где13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 1415 - синхронные угловая скорость и частота вращения статора (или же угловая скорость (частота вращения) холостого хода), f1, р – соответственно частота сети и число пар полюсов.
При использовании полученных формул можно построить естественную механическую характеристику. При построении механической характеристики М(
·) или М(n) не забываем, что n=(1-s)n0 или
·=(1-s)
·0.
При построении искусственной механической характеристики необходимо узнать как изменятся параметры а, sк и Мк в уточненной формуле Клосса. (НАПОМИНАНИЕ: В АДК невозможно регулирование скорости путем изменения параметров со стороны ротора).
аиск=(R1+R1доб)/R2’.
Т.к. 13 EMBED Equation.3 1415, то
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании введением добавочного сопротивления в цепь статора.
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании введением добавочной индуктивности в цепь статора.
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании изменением частоты питающего напряжения.
Т.к. 13 EMBED Equation.3 1415, то
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании амплитудой питающего напряжения.
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании введением добавочного сопротивления в цепь статора.
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании введением добавочной индуктивности в цепь статора.
13 EMBED Equation.3 1415 - при регулировании частотой питающего напряжения.
Напоминание:
Мк ест=Км
·Мном;
Мном=Р2ном/
·ном;

·ном=
·nном/30 .
f1ном – номинальная частота питающей сети (50 Гц).
Далее по уточненной формуле Клосса строим искусственные характеристики:
13 EMBED Equation.3 1415.
Таблица 3.1. Данные для задачи №1.
№ вар.
Тип двигателя
Искусственная 1
Искусственная 2
Искусственная 3

1
4А100S2У3
Uф=0,5Uф ном
f1=20 Гц
R1доб=2R1

2
4АА63В4У3
X1 доб=2Хк
Uф=0,75Uф ном
f1=40 Гц

3
4А180М6У3
R1доб=3R1
X1 доб=3Хк
Uф=0,8Uф ном

4
4А112МВ8У3
f1=35 Гц
R1доб=4R1
X1 доб=4Хк

5
4А250S10У3
Uф=0,65Uф ном
f1=30 Гц
R1доб=2,5 R1

6
4А355М2У3
X1 доб=4Хк
Uф=0,45Uф ном
f1=45 Гц

7
4АА225М4У3
R1доб=1,5 R1
X1 доб=1,5Хк
Uф=0,5Uф ном

8
4АА63А6У3
f1=20 Гц
R1доб=2R1
X1 доб=2Хк

9
4А100L8У3
Uф=0,75Uф ном
f1=40 Гц
R1доб=3R1

0
4А315М12У3
X1 доб=3Хк
Uф=0,8Uф ном
f1=35 Гц


Задача №2. По данным предыдущей задачи построить естественную и искусственные механические характеристики асинхронного двигателя при способе регулирования U/f=const. Естественная и искусственные (2 шт.) механические характеристики должны быть построены в одной оси координат (в одной системе координат 3 графика: 2 искусственной механической характеристики + 1 естественная !!!!). Данные к задаче приведены в таблице 3.2. Недостающие данные необходимо получить из каталогов двигателей. В конце задачи необходимо ответить НА ВСЕ контрольные вопросы.
Существуют 3 вида скалярного управления. Одном из них является метод, при котором поддерживают постоянными отношения напряжения и частоты питающего напряжения – U/f=const. При данном способе регулирования остается постоянным критический момент:
Мк иск=Мк ест= Kм
·Мном.
Скорость холостого хода падает пропорционально уменьшению частоты. В современных преобразователях частоты (ПЧ) при осуществлении скалярного управления стараются минимизировать влияние активного сопротивления статора, поэтому критическое скольжение будет расти обратно пропорционально уменьшению частоты питающего напряжения:
13 EMBED Equation.3 1415.
Таблица 3.2. Данные для задачи №2.
№ вар.
Тип двигателя
Искусственная 1
Искусственная 2

1
4А100S2У3
f1=25Гц
f1=30Гц

2
4АА63В4У3
f1=45Гц
f1=35Гц

3
4А180М6У3
f1=45Гц
f1=25Гц

4
4А112МВ8У3
f1=25Гц
f1=30Гц

5
4А250S10У3
f1=40Гц
f1=20Гц

6
4А355М2У3
f1=45Гц
f1=30Гц

7
4АА225М4У3
f1=15Гц
f1=45Гц

8
4АА63А6У3
f1=25Гц
f1=35Гц

9
4А100L8У3
f1=45Гц
f1=25Гц

0
4А315М12У3
f1=25Гц
f1=20Гц


Контрольные вопросы:
При каких способах регулирования АД жесткость механической характеристики остается постоянной?
Чем ограничивается регулирование скорости АД при увеличении частоты питающего напряжения?
Каковы достоинства регулирования скорости АДФ при введении добавочного сопротивления в цепь ротора? Недостатки?
Какие способы регулирования скорости АД являются энергоэффективными?
Почему стараются увеличить пусковой момент АД?
Как называются двигатели, в которых можно изменить число пар полюсов? Какие недостатки регулирования скорости изменением числа пар полюсов?
С помощью каких устройств возможно регулирование скорости АД путем изменения напряжения на статоре (минимум 2 устройства)? Каковы достоинства и недостатки такого метода регулирования?
Почему отношение пускового тока к номинальному значительно выше, чем отношение пускового момента к номинальному?
Какими способами ограничивают пусковые токи АД (минимум 3 метода написать)?
Запишите 3 закона скалярного управления.
При регулировании U/f=const как ведет себя жесткость механической характеристики? Критический момент?
Что такое преобразователь частоты?
Какие еще системы управления АД существуют?
На какие 3 части можно условно разделить преобразователь частоты?
Что предусмотрено в звене постоянного тока ПЧ для торможения двигателя?
В чем достоинства векторного управления перед скалярным?
Какие ключевые полупроводниковые элементы используются в инверторе ПЧ?
Какую функцию выполняет выпрямитель в ПЧ? Инвертор?
По каким 2 основным параметрам необходимо правильно подбирать преобразователь частоты к АД?

Список рекомендуемых источников
Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2015. – 373 с.: ил. ISBN 978-5-383-00918-5
Электропривод промышленных установок: учебное пособие/ С.В. Петухов, М.В. Кришьянис. – Архангельс: С(А)ФУ, 2015. – 303 с.
Новиков В.А. Электропривод в современных технологиях/ М: Издательский центр «Академия», 2014 – 400 с.




















13PAGE 15


13PAGE 14315




Root EntryTimes New RomanTimes New RomanTimes New RomanTimes New Roman 
·
·
·
·
·я
·Н
·
·
·
·!Ђ
·
·
·
·
·
·3
·d fi
·ay f
·
·ue d
·
·
·
·f
·
·
·
·
·
·
·Cy
·
·
·
·
·
·
·fi
·
Equation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativePicture 7Рисунок 4

Приложенные файлы


Добавить комментарий