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

Характеристик двигателя постоянного тока контрольная работа

Курсовые и контрольные расчеты по электротехнике и радиотехнике

буждения протекает ток. Так как обмотка якоря соединена последовательно с обмоткой возбуждения, то

В отличие от двигателей с параллельным возбуждением магнитный поток двигателя с последовательным возбуждением зависит от тока якоря.

Зависимость магнитного потока Ф от тока в обмотке возбуждения является нелинейной (рис. 89).

Для двигателя с последовательным возбуждением

Поэтому магнитный поток Ф является некоторой функцией тока якоря I я . Характер этой функции изменяется в зависимости от нагрузки на валу двигателя.

Двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением рассчитаны на работу с номинальной нагрузкой в насыщенной области характеристики намагничивания.

Двигатели, работающие в ненасыщенной области характеристики, имеют повышенные габариты.

Так как обмотка якоря двигателя с последовательным возбуждением включена по-

следовательно с обмоткой возбуждения, то уравнение электрического состояния двигателя будет иметь вид

Из уравнения (192) с учетом (209)

Это уравнение является уравнением скоростной характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

На рис. 90 показан график скоростной характеристики n=f3(Iя).

В отличие от двигателя с параллельным возбуждением у двигателя с последовательным возбуждением магнитный поток не является величиной постоянной.

Из уравнения (188)

Произведем подстановку из уравнений (211) и (203) в уравнение (210):

Уравнение (212) является уравнением механической характеристики двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением. На рис. 91 представлен график этой характеристики.

Из графика видно, что механическая характеристика двигателя с последовательным возбуждением является «мягкой». При малых нагрузках частота вращения n резко возрастает (двигатель идет «вразнос»). Поэтому эти двигатели без нагрузки на валу включать нельзя.

Несмотря на этот недостаток, такие двигатели применяются в электроприводах с тяжелыми условиями пуска, работающих при изменениях нагрузочного момента в широких

пределах. В этом случае выбирается режим работы, при котором величина магнитного потока близка к значению насыщения.

Для построения искусственных механических характеристик двигателя с последовательным возбуждением пользуются универсальными характеристиками n= f 4 ( I) и M= f 5 ( I) , которые даются заводом-изготовителем на основании опытных данных для серии выпускаемых двигателей. За 100% в графиках данных характеристик взяты номинальные величины момента на валу двигателя, частоты вращения и тока.

По мере разгона двигателя пусковое сопротивление ступенчато уменьшают. Графики механических характеристик двигателя при введении в цепь якоря и обмотки возбуждения добавочных сопротивлений представлены на рис. 93.

5.8. Регулирование частоты вращения двигателя

постоянного тока с последовательным возбуждением

Как и в двигателях с параллельным возбуждением, в двигателях с последовательным возбуждением применяется три способа регулирования частоты вращения:

-введением добавочного сопротивления в цепь якоря и обмотки возбуждения;

-изменением магнитного потока Ф;

-изменением подводимого напряжения.

При введении добавочных сопротивлений в цепь якоря и обмотки возбуждения (см. рис. 92) получаются искусственные механические характеристики. При одном и том же моменте большему значению добавочного сопротивления соответствует меньшее значение частоты вращения (см. рис. 93).

Недостатками такого способа регулирования, как и для двигателя с параллельным возбуждением, являются:

1) большие потери мощности в регулировочном сопротивлении;

2) регулирование частоты вращения ступенчатое, а не плавное;

3) уменьшение жесткости механических характеристик.

Более экономичным является регулирование частоты вращения изменением магнитного потока Ф . В этом случае регулировочным реостатом шунтируют обмотку возбуждения (рис. 94), вследствие чего ток обмотки возбуждения уменьшается и, следовательно, уменьшается магнитный поток, а частота вращения увеличивается (рис. 95).

Однако верхний предел регулирования частоты вращения ограничен механической прочностью машины.

Регулирование частоты вращения изменением подводимого напряжения U возможно только путем снижения его величины. При уменьшении подводимого напряжения происходит уменьшение частоты вращения. Механические характеристики в этом случае имеют вид, представленный на рис. 96.

Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Задание 1

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 U я , U в , – напряжение на обмотке якоря и возбуждения (ОВД),

i я , i в , – ток якоря и обмотки возбуждения,

R я  , R в – сопротивление якоря и обмотки возбуждения,

L я , L в – индуктивность якоря и обмотки возбуждения,

Ф – магнитный поток обмотки возбуждения,

K – конструктивный коэффициент,

М – электромагнитный момент двигателя,

М с — момент статического сопротивления двигателя,

J  — момент инерции двигателя,

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

Исходные данные для двигателя П 61 мощности P Н = 11 кВт:

номинальное напряжение питания U н =220 В,

номинальная скорость вращения n = 1500 об/мин,

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

сопротивление цепи якоря R Я  = 0,187 Ом,

сопротивление обмотки возбуждения R В = 133 Ом,

число активных проводников якоря N = 496,

число параллельных ветвей якоря 2 a = 2,

число витков полюса обмотки возбуждения w в =1800,

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

номинальный ток возбуждения обмотки возбуждения

максимальная допускаемая частота вращения 2250 об/мин,

момент инерции якоря J 1 = 0,56 кг  м 2 ,

двигатель двухполюсный 2 P n =2,

масса двигателя Q = 131 кг.

Произведем необходимые расчеты.

Конструктивный коэффициент двигателя

Постоянная времени цепи возбуждения

Постоянная времени цепи якоря

Коэффициент К ф

Все полученные данные подставляем в структурную схему (рис. 2) и проведем ее моделирование с помощью программного пакета Matlab . Величины U я = U в = U с подаются на входы схемы ступенчатым воздействием. На выходе снимаем значение скорости вращения двигателя  1 . Динамическая характеристика двигателя (график изменения скорости  1 ( t ) при номинальных параметрах и М с =0) изображена на рис. 3. График показывает выход скорости на установившееся значение при включении двигателя.

Читать еще:  Чем заправляют 4 х тактный двигатель

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  1 при изменении тока якоря I я (электромеханическая характеристика) или нагрузки М с (механическая характеристика). Для получения электромеханической характеристики последовательно изменяют I c =0, I н А и снимают установившееся значение скорости  1 . По полученным значениям строят график.

Таким образом получают естественную электромеханическую характеристику. Искусственные электромеханические характеристики получают при изменении U c , R я и Ф. Зависимость  1 от этих величин описывается формулой: Итак, значение  1 при I c =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение I c , которое становится равным I н =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 М с =0, М н Нм и снимают установившееся значение скорости  1 . По полученным значениям строят график. Таким образом получают естественную механическую характеристику. Искусственные механические характеристики получают при изменении U c , R я и Ф.

Зависимость  1 от этих величин описывается формулой:

.

Итак, значение  1 при М с =0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение М с , которое становится равным М н =КФ I н .

Электродвигатели постоянного и переменного тока

Лабораторная работа №1.

Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным и независимым возбуждением

Схемы таких электродвигателей приведены на рис.

Уравнение скоростной характеристики двигателя постоянно тока с независимым и параллельным возбуждением имеет вид:

Вращающий момент двигателя определяется из выражения

а э. д. с. двигателя

В трех последних формулах: w — угловая скорость, рад/с; Uподводимое напряжение, В; I — ток в цепи якоря, А; Rя — сопрoтивление обмотки якоря, Ом; Rр— сопротивления реостата в цеп якоря. Ом; Ф — магнитный поток возбуждения двигателя, Вб; k- коэффициент, зависящий от конструкции машины.

Подставив в уравнение (4) значение тока якоря из формул (5), получим уравнение механической характеристики электродвигателя (6)

Поскольку выражение (6) — это уравнение прямой, значит механические характеристики двигателей параллельного и независимого возбуждения прямолинейны (рис.). Характеристика R =Rя называется естественной, остальные — искусственными.

Скорость идеального холостого хода определяется из уравнения (6) при условии, что М = 0

Величину сопротивления якоря двигателя параллельного и независимого возбуждения ориентировочно можно определить из выражения:

Номинальное значение к.п.д. можно вычислить, как:

Где Рном — номинальная мощность электродвигателя, кВт.

Угловая скорость двигателя на естественной механической характеристике при номинальном моменте называется номинальной.

Согласно уравнениям (5) и (6) увеличение сопротивления реостата в цепи якоря приводит к увеличению угла наклона механической характеристики, т.е. к снижению скорости.

Лабораторная работа №2.

Тормозные режимы электродвигателя

Для двигателя последовательного возбуждения возможны лишь два режима электрического торможения: противовключением и динамическое. Режима рекуперативного торможения у двигателей этого типа нет, так как э.д.с. не может быть выше напряжения сети в связи с тем, что скорость идеального холостого хода не имеет конечной величины [см. формулу (5)].

Динамическое торможение может быть осуществлено двумя способами: с самовозбуждением (рис.а) и с независимым возбуждением (рис.в). При торможении с самовозбуждением необходимо сохранить направление тока возбуждения таким же, как при нормальной работе двигателя. Без этого машина размагнитится, и торможения не получится.

Механические характеристики режима динамического торможения (см. рис, четыре засечки) нелинейны вследствие непостоянного магнитного потока. В области, обозначенной пунктирными линиями, торможение практически отсутствует. Рассмотренный режим используют редко, в основном как аварийный при исчезновении напряжения сети.

Механические характеристики динамического торможения с независимым возбуждением аналогичны соответствующим характеристикам двигателя параллельного возбуждения (см. рис., две засечки). Такой способ торможения нашел широкое применение в приводе рудничных электровозов, ходового механизма роторных экскаваторов и др.

Торможение противовключением осуществляется, как и у двигателей параллельного возбуждения, двумя способами: включением в цепь якоря реостата с большим сопротивлением и изменением полярности обмотки якоря.

При первом способе механическая характеристика будет продолжением характеристики двигательного режима (см. рис. 7, три засечки в квадранте IV). При торможении противовключением по второму способу характеристика располагается в квадранте II (линия с тремя засечками).

Двигатель со смешанным возбуждением имеет две обмотки возбуждения: последовательную ОВпосл и параллельную ОВпар (см. рис.), которые совместно создают поток возбуждения машины.

Двигатели со смешанным возбуждением допускают все три режима электрического торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, динамическое и противовключением.

Для асинхронного двигателя возможны следующие режимы торможения: рекуперативное с отдачей энергии в сеть, противовключением и динамическое. Рекуперативное торможение с отдачей энергии в сеть происходит при угловой скорости выше синхронной (о). С сверхсинхронной скоростью ротор может вращаться, например, при спуске ковша экскаватора или при спуске груза лебедкой. В режиме рекуперативного торможения момент и ток ротора имеют отрицательные знаки, и машина работает в режиме асинхронного генератора, превращая механическую энергию, сообщаемую валу машины спускающимся грузом, в электрическую и отдавая ее в сеть. Механическая характеристика этого режима является продолжением характеристики двигательного режима и располагается во // квадранте (см. рис.).

Читать еще:  Газель двигатель крайслер регулятор холостого хода

Режим торможения противовключением аналогичен соответствующему режиму двигателя постоянного тока с независимый возбуждением. Этот режим, может быть, достигнут двумя путями:

1) увеличением сопротивления реостата в цепи ротора. В точке, а момент двигателя меньше момента статического сопротивления и поэтому груз увлекает за собой ротор в направлении, обратном направлению вращения магнитного поля статора. Это вызывает быстрое возрастание э.д.с., тока ротора и тормозного момента. В точке в момент, создаваемый опускающимся грузом, и тормозной момент двигателя уравновешиваются и скорость опусканий становится постоянной. При необходимости ускорения опускания груза в цепь ротора вводят следующую ступень реостата реверсом, т, е. переключением двух фаз статора. В результате вращающееся поле статора изменяет направление вращения, а ротор по инерции вращается в прежнем направлении. Ток и момент при этом изменяют свои знаки: момент становится тормозным, что вызывает быструю остановку двигателя. Вследствие встречного вращения ротора и поля статора э.д.с. ротора достигает большой величины. Для ограничения броска тока при переходе в режим противовключения в цепь фазного ротора двигателя вводят ступень противовключеиия.

Лабораторная работа №3.

Механическая характеристика электродвигателей постоянного тока с последовательным возбуждением

Обладая весьма мягкой механической характеристикой (рис), двигатель с последовательным возбуждением сравнительно плавно преодолевает перегрузку, имеет высокий пусковой момент и мало перегружает сеть при пуске и вынужденной остановке под нагрузкой. Это послужило основанием к применению такого рода двигателей для привода рудничных электровозов, ходовой части роторных экскаваторов.

При нагрузках менее 15—20% номинальной скорость вследствие снижения магнитного потока недопустимо возрастает, а при холостом ходе, когда Ф?0, скорость может достигнуть величины, при которой произойдет авария (разнос двигателя). Поэтому двигатель с последовательным возбуждением нельзя пускать вхолостую.

У этих двигателей обмотка возбуждения ОВ включена последовательно с якорем и по ней протекает тот же ток что и по обмотке якоря. Поэтому при изменении нагрузки будет изменяться и магнитный поток, оказывая большое влияние на скорость двигателя. Наиболее наглядно это видно из уравнения скоростной характеристики, которое показывает, что при изменении магнитного потока скорость двигателя может изменяться в широких пределах, придавая механической характеристике большую мягкость. Однако вследствие насыщения магнитной цепи магнитный поток изменяется не пропорционально току. Наибольшее изменение магнитного потока и, следовательно, скорости будет при малых нагрузках, когда машина ненасыщенна. Зависимость магнитного потока от тока возбуждения (характеристика намагничивания) является сложной нелинейной функцией и не имеет аналитического выражения. Поэтому нет и аналитической зависимости для механической характеристики.

На рис. приведены естественные и искусственные механические характеристики двигателя последовательного возбуждения при различных добавочных сопротивлениях в цепи якоря. Введение сопротивления в цепь якоря делает характеристику еще более мягкой.

Лабораторная работа №4.

Механическая характеристика электродвигателя переменного тока с фазным ротором

Пуск двигателя с фазовым ротором производится с помощью пускового реостата, включенного в цепь ротора. По мере разгона двигателя реостат выводится.

На рис. приведены его механические характеристики. Кривые 2, 3, 4, 5 — искусственные механические характеристики при введенном в цепь ротора реостате. Кривая 1 — естественная механическая характеристика при полностью выведенном реостате.

Увеличение активного сопротивления цепи ротора при введенном реостате вызывает уменьшение пускового тона и увеличение пускового момента. Наименьший пусковой момент М имеет естественная механическая характеристика.

Вращающий момент при пуске с полностью введенным реостатом будет изменяться по кривой 5. При выводе первой ступени реостата (точка а) вращающий момент мгновенно увеличивается (по линии а—б) и дальше изменяется по кривой 4. Дальнейший вывод ступеней реостата приводит к тому, что вращающий момент скачкообразно переходит с одной характеристики на другую и при окончательном выводе реостата переходит на естественною характеристику (кривая 1).

Таким образом, введение реостата в цепь ротора трехфазного асинхронного двигателя обеспечивает: уменьшение пускового тока; увеличение пускового вращающего момента; плавность пуска; возможность регулирования скорости вращения; возможность перехода на различные виды электрического торможения.

Лабораторная работа №5.

Изучение схем пуска двигателей, функции времени.

При пуске двигатель преодолевает момент инерции привода и механизма, а также силу трения, которая при трогании с места всегда больше, чем при работе, так как коэффициент трения покоя обычно превышает коэффициент трения движения. Кроме того, пуск многих горных машин и конвейеров часто осуществляется в условиях заштыбовки и завала, поэтому при пуске двигатель должен развивать значительно больший вращающий момент, чем при работе с установившейся скоростью.

В начальный момент пуска ток двигателя резко возрастает, таи к в неподвижном якоре двигателя постоянного тока отсутствует противо-э.д.с., а в неподвижном роторе включенного в сеть двигателя переменного тока индуктируется большая э.д.с. Большие пусковые токи могут вызвать перегрев обмоток, искрение щеток и значительные электродинамические усилия в обмотках двигателя, вызывающие повреждения изоляции. По условиям коммутации двигатели постоянного тока должны иметь пусковой ток не выше 0% номинального.

При большом пусковом токе возникают колебания напряжения шахтной электросети, отрицательно влияющие на работу, как самого двигателя, так и других приемников, подключенных к сети, поскольку при этом снижаются вращающие моменты двигателей, световые потоки ламп и т. д. Кроме пускового тока необходимо ограничивать ускорения и особенно стараться избежать рывка, величина которого, является производной от ускорения (м/с 3 ). Чрезмерное ускорение и рывок опасны для прочности конструкции. Особенно это недопустимо в транспортных устройствах для перевозки подъема людей из шахты. В зависимости от величины статического момента различают следующие режимы пуска: легкий, когда начальный статический момент Мс, не превышает 40% номинального значения (насосы, вентиляторы, турбокомпрессоры, преобразовательные электромашинные агрегаты);

Читать еще:  Двигатель d16w1 ремонт своими руками

Пуск двигателей в простейших системах электропривода осуществляют с помощью пускового реостата. Большинство асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, применяют; для привода горных машин, запускают непосредственным включением на полное напряжение сети. И лишь для мощных синхронных и асинхронных; двигателей с короткозамкнутым ротором в ряде случаев применяются пуск при пониженном напряжении с мощью автотрансформаторов и реакторов, включаемых на время пуска в цепь статора. В сложных системах электропривода постоянного тока пуск осуществляют плавным увеличением напряжения на якоре.

Для облегчения тяжелых условий пуска (например, мощных конвейеров) иногда используют специальные средства — различные виды муфт (электромагнитные, гидравлические и др.). В этом случаях двигатель пускается вхолостую и передача движения исполнительному органу осуществляется включением муфты до полного разгона двигателя. Однако при этом увеличивается общее время пуска рабочей машины, хотя время работы двигателя большими пусковыми токами уменьшается.

Нормальный пуск применяют для двигателей с продолжительным режимом работы (конвейеры, насосы, роторные экскаваторы, буровые станки, вентиляторы и др.), а форсированный — для двигателей приводов, работающих с большой частотой включения (подъемные машины, рабочие двигатели одноковшовых экскаваторов и др.). Во втором случае в целях экономии времени пуск производят с предельно допустимыми моментами и токами.

При наличии упругих элементов и кинематического зазора между отдельными звеньями механизма большие моменты двигателя при пуске могут вызвать механические перенапряжения, удары, поломки машины и др. Тогда искусственно понижают начальный момент двигателя до (0,3—0,5) Мном.

Кроме обмотки возбуждения, питаемой постоянным током, ротор синхронного двигателя снабжается специальной пусковой короткозамкнутой обмоткой, с помощью которой двигатель пускается в ход как асинхронный. В установившемся режиме пусковая обмотка сглаживает колебания угловой скорости и тока статора при мнении нагрузки, напряжения и частоты сети. Постоянный ток в обмотку возбуждения подают лишь тогда, когда частота вращения ротора становится близкой к синхронной (подсинхронной). и поэтому двигатель втягивается в синхронизм. Чем меньше скольжение и величина статического момента, тем благоприятнее условия вхождения двигателя в синхронизм.

Асинхронный пуск синхронного двигателя возможен как при том, так и при пониженном напряжении. В последнем случае пуск осуществляют в следующем порядке; статор включают пониженное напряжение (при этом двигатель втягивается в синхронизм) и затем переключают его на полное напряжение.

Расчет двигателя постоянного тока независимого возбуждения

Расчет мощности электродвигателя и выбор его по каталогу. Определение более выгодного передаточного отношения редуктора. Оценка значения угловых скоростей по ступеням. Построение естественных механических и электромеханических характеристик двигателя.

  • посмотреть текст работы «Расчет двигателя постоянного тока независимого возбуждения»
  • скачать работу «Расчет двигателя постоянного тока независимого возбуждения» (контрольная работа)

Подобные документы

Расчет пускового реостата и пусковых механических характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Определение сопротивления, которое необходимо включить в цепь якоря. Механические характеристики асинхронного двигателя с фазным ротором.

контрольная работа, добавлен 16.06.2014

Построение тахограммы и нагрузочной диаграммы электропривода. Расчёт мощности электродвигателя, определение передаточного отношения редуктора. Расчёт пусковых и регулировочных реостатов, механических характеристик двигателя. Проверка двигателя на нагрев.

курсовая работа, добавлен 17.05.2012

Расчет электромеханических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Схема двигателя постоянного тока. Расчет реостатной характеристики, характеристики в режиме шунтирования якоря, скоростной естественной характеристики.

курсовая работа, добавлен 14.12.2019

Изучение электромеханических и регулировочных характеристик исполнительного двигателя постоянного тока с полым печатным ротором. Построение графиков электромеханических характеристик. Вычисление механических, рабочих и регулировочных характеристик.

лабораторная работа, добавлен 26.11.2016

Выбор мощности электродвигателя. Построение естественной и реостатной характеристики электродвигателя. Построение пусковой диаграммы и расчет пусковых реостатов. Выбор реостата, расчет и построение кривых переходных процессов при пуске и торможении.

курсовая работа, добавлен 31.10.2017

Выбор главных размеров машины. Проектирования типовой схемы двигателя постоянного тока. Расчет обмотки возбуждения, пазов якоря, магнитной цепи. Поверхность соприкосновения щетки с коллектором. Электрические потери в параллельной обмотке возбуждения.

курсовая работа, добавлен 18.02.2019

Расчёт моментов статических сопротивлений и мощности электродвигателя. Определение передаточного числа, выбор редуктора. Расчет статических характеристик вала и электропривода. Расчет параметров схем включения, обеспечивающих пуск, торможение двигателя.

курсовая работа, добавлен 01.05.2014

Методика расчета двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением без стабилизирующей обмотки. Выбор главных размеров машины. Расчет обмотки и пазов якоря, магнитной цепи, обмотки возбуждения, коллектора и щеток, добавочных полюсов двигателя.

курсовая работа, добавлен 09.02.2019

Исследования электромеханических и механических характеристик при различных режимах работы и способах регулирования скорости электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. Схема для снятия характеристик в двигательном режиме.

лекция, добавлен 06.02.2020

Принцип работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения. Классификация машин постоянного тока, пуск и реверс двигателя. Коэффициент полезного действия и потери мощности машин постоянного тока параллельного возбуждения, их характеристика.

лабораторная работа, добавлен 14.11.2012

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • »
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector