Заняття 2. Розрахунок потужності електроприводів

1 2 3 4 5 6 7

Міністерство освіти і науки України

Національний університет водного господарства

та природокористування

Кафедра електротехніки і автоматики

043-195

Методичні вказівки

до практичних занять з курсу

„Автоматизований електропривод”

для студентів денної і заочної форм навчання,

які навчаються за напрямом

„Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”

Рекомендовано методичною комісією за напрямом „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”.

Протокол № 6 від 25.03.2008 р.

Рівне 2008

Методичні вказівки до практичних занять з курсу „Автоматизований електропривод” для студентів денної і заочної форм навчання, які навчаються за напрямом „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”. Баховець Б.О., - Рівне, НУВГП, 2008, - 34 с.

Упорядник: Б.О.Баховець, завідувач кафедри електротехніки та

автоматики, професор.

Відповідальний за випуск: завідувач кафедри електротехніки та автоматики, професор Баховець Б.О.

Передмова

Практичні заняття є складовою частиною програми курсу „Автоматизований електропривод” і мають за мету набуття студентами умінь і навичок визначення розрахункових параметрів електродвигунів за їх паспортними даними, розрахунків потужності електропроводів на підставі навантажувальних діаграм виробничих механізмів та синтезу основних параметрів систем автоматичного регулювання швидкості. Ці знання необхідні для успішного виконання проекту автоматизованого електропривода будь-якого виробничого механізму, який би задовольняв умовам плавного регулювання швидкості в заданому діапазоні з необхідною точністю і обмежував величину рушійного моменту на валу як у статичному, так і в динамічному режимах.

Разом з набуттям навичок виконання розрахунків студенти матимуть можливість провести аналіз кількісних співвідношень між розрахунковими параметрами, встановити їх взаємозалежність тощо, що необхідно знати для успішного проектування автоматизованих електроприводів постійного і змінного струмів.

Кожне практичне заняття передбачає виконання розрахунків в аудиторії під керівництвом викладача і самостійну роботу вдома. Згідно з кредитно-модульною системою організації навчального процесу підготовка до заняття і робота на занятті оцінюється по одному балу. Всього за виконання програми практичних занять студент може отримати шість балів.

Заняття 1. Визначення розрахункових параметрів електродвигунів постійного і змінного струмів

Мета заняття

Навчитися проводити розрахунки параметрів електродвигунів і електроприводів за їх паспортними даними та аналізувати способи регулювання кутової швидкості.

1.2. Нехай нам потрібно визначити розрахункові параметри двигуна постійного струму паралельного збудження, електрична схема якого наведена на рис.1.1, і який широко використовується в системах автоматичного регулювання кутової швидкості багатьох виробничих механізмів, електромеханічних пристроїв тощо. Ці розрахунки зробимо на прикладі двигуна з такими паспортними даними:

номінальна потужність ; номінальна напруга ; номінальний струм ; номінальна швидкість Рис1.1 обертання ; номі-нальний ККД ; опір обмотки якоря ; опір обмоток додаткових полюсів ; індуктивність обмоток якорного кола ; момент інерції двигуна .

До розрахункових параметрів відносяться: номінальна кутова швидкість ; номінальний момент ; опір якорного кола ; коефіцієнт передачі двигуна ; кутова швидкість ідеального холостого хода ; номінальний електромагнітний момент ; момент холостого ходу двигуна ; потужність холостого ходу ; номінальний струм збудження ; активний опір обмотки збудження , електромагнітна стала часу якорного кола ; електромеханічна стала часу електропривода .

Номінальна кутова швидкість двигуна

Номінальний момент двигуна

Електричний опір якорного кола

де - спад напруги на щіточних контактах.

Коефіцієнт передачі двигуна визначають із рівняння електромеханічної характеристики

, /1.1/

де Ф – магнітний потік, створений струмом обмотки збудження; - обмоточний коефіцієнт, який залежить від числа витків і способу з’єднання секцій обмоток якоря, в яких індукується електрорушійна сила .

Підставивши в /1.1/ номінальні величини, одержимо

При зміні магнітного потоку коефіцієнт передачі двигуна буде відповідно змінюватись, бо .

Номінальний електромагнітний момент

Момент холостого ходу двигуна

Швидкість ідеального холостого ходу відповідає і із /1.1/ слідує, що

Різниця швидкостей

З метою перевірки правильності розрахунків визначимо номінальне падіння швидкості за формулою

Як видно, отримали одинакові значення , що свідчить про правильність розрахунків.

Струм холостого ходу .

Швидкість холостого ходу

Падіння швидкості в режимі холостого ходу

і складає всього .

Оскільки падіння швидкості складає менше одного відсотка (0,7%), то при розрахунках ним нехтують і приймають .

Розрахунки номінального струму збудження і активного опору обмотки проводять у такій послідовності:

- відзначають механічні втрати потужності в номінальному режимі

;

- визначають електричні втрати в обмотках якорного кола у номінальному режимі

;

- визначають суму механічних та електричних втрат

;

- визначають сумарні втрати потужності у двигуні

Сумарні втрати потужності складаються з механічних і електричних втрат і потужності, яку споживає обмотка збудження. Тому потужність, яка витрачається на створення магнітного поля, дорівнює

Номінальний струм збудження

Активний опір обмотки збудження

Електромагнітна стала часу двигуна

Електромеханічна стала часу двигуна

Зазвичай, у розрахунках динамічних процесів в електроприводі використовують сталу часу кола якоря і електромеханічну сталу часу електропривода , де і - індуктивність і активний опір обмоток джерела живлення (перетворювача) якорного кола; - приведений до валу двигуна момент інерції мас, які приводить в рух двигун.

Для аналізу способів регулювання кутової швидкості регульованого електропривода необхідно знати рівняння електромеханічної або механічної характеристик. Стосовно двигуна постійного струму незалежного збудження вони є результатом розв’язку системи рівняння:

;

; /1.2/

Розв’язок системи рівнянь /1.2/ дає рівняння електромеханічної

/1.3/

і механічної

/1.4/

З /1.3/ і /1.4/ характеристик слідує, що регулювання швидкості можна здійснювати:

- зміною напруги живлення якорного кола;

- зміною магнітного потоку (струму збудження);

- збільшення активного опору якорного кола.

Останній спосіб не економічний, і тому використовується дуже рідко.

Змінюючи напругу живлення за номінального струму збудження характеристики будуть такими:

; /1.5/

. /1.6/

Із наведених /1.5/ і /1.6/ слідує, що ці характеристики будуть прямими лініями і за зменшення напруги живлення будуть зміщуватись паралельно натуральній характеристиці, для якої (рис.1.2).

При цьому механічні характеристики будуть відрізнятися від електромеханічних лише масштабом по осі абсцис.

При зменшенні магнітного по-току, наприклад, до ,

рівняння механічної характеристики буде таким:

Рис.1.2 /1.7/

З /1.7/ слідує, що за зменшення магнітного потоку (току збудження) швидкість ідеального холостого ходу зрозтає, нахил характеристики збільшується, а номінальний момент зменшується.

За умови і рівняння електромеханічної характеристики матиме такий вид:

. /1.8/

З порівняння /1.7/ і /1.8/ слідує, що швидкість ідеального холостого ходу не змінюється, але електромеханічна характеристика стає більше жорсткою, ніж механічна, бо в /1.8/ коефіцієнт при І збільшився у рази, а в /7/ - у рази (рис1.2).

1.3. Розглянемо формули, за якими визначають розрахункові параметри, на прикладі двигуна типу 4А180М8П3 з такими паспортними даними: номінальна потужність - ; синхронна швидкість (швидкість обертання магнітного поля статора) ; номінальна швидкість - ; і коефіцієнт потужності відповідають номінальному навантаженню; відношення критичного моменту до номінального ; відношення пускового моменту до номінального ; відношення мінімального моменту до номінального ; відношення пускового струму до номінального ; момент інерції двигуна .

Наведеним вихідним даним у першому наближенні відповідає механічна характеристика на рис.1.3.

До розрахункових парамет-рів відносяться: кутова швид-кість ідеального холостого ходу (синхронна)

номінальна кутова швидкість

Рис.1.3 номінальне ковзання

; номінальний момент ; критичне ковзання ; критичний момент ; пусковий момент ; мінімальний момент ; номінальний струм ; пусковий струм .

Рівняння механічної характеристики асинхронного двигуна

, /1.9/

де - відношення активного опору обмотки статора до приведеного до обмотки статора активного опору обмотки ротора.

Зазвичай, величина невідома. Тому в практичних розрахунках користуються спрощеною формулою, яку отримують з /1.9/, поклавши , тобто знехтувавши опором . За цієї умови маємо

. /1.10/

Це рівняння справедливе лише за зміни від 0 до . За похибка зростає. В цьому можна переконатись, обчисливши з /1.10/ величину пускового моменту. Підставивши в /1.10/ , одержимо:

що в 3,1 рази менше ніж дійсне значення пускового моменту .

Для забезпечення пуску двигуна необхідно, як це слідує із характеристики, наведеної на рис.1.3, щоби момент сил статичного опору, приведений до валу двигуна, був менше мінімального моменту.

1.3. Контрольні запитання

1. Як поділяються двигуни постійного струму за способом збудження?

2. Чи однакові за величиною електричні опори обмоток послідовного і паралельного збудження?

3. Якщо двигуни постійного струму паралельного і послідовного збудження однакові, то якими будуть їх магнітні потоки у номінальному режимі?

4. Яке призначення додаткових магнітних полюсів?

5. Чому обмотки додаткових полюсів з’єднують послідовно з обмоткою якоря?

6. Яке призначення колектора в двигунах постійного струму?

7. Якщо двигун має дві пари полюсів, то скільки він має щіток?

8. Від чого залежить ЕРС, що індукується в обмотці якоря двигуна?

9. Від яких величин залежить електромагнітний момент двигуна?

10. Якщо напругу живлення двигуна зменшити, то як зміниться його кутова швидкість?

11. Якщо зменшити струм збудження двигуна, то як зміниться його кутова швидкість?

12. Як поділяють втрати потужності у двигуні?

13. Від чого залежать змінні втрати у двигуні?

14. Що характеризує ККД двигуна?

15. Якщо сумарні втрати складають 10% від його номінальної потужності, то чому буде дорівнювати його ККД?

16. Наскільки відрізняється потужність, яку споживає обмотка збудження, від потужності двигуна?

17. В яких одиницях вимірюється момент двигуна?

18. Якщо номінальна потужність і номінальна кутова швидкість , то чому буде дорівнювати номінальний момент?

19. Від чого залежить швидкість обертання магнітного поля статора?

20. Якою обмоткою створюється магнітне поле асинхронного трифазного двигуна?

21. Якщо номінальна швидкість асинхронного трифазного двигуна , то скільки він має пар насосів?

22. Що таке ковзання?

23. Чому дорівнює ковзання в момент пуску двигуна?

24. Що визначає критичний момент ?

25. Чому дорівнює частота струму в обмотці ротора в момент пуску двигуна?

26. Чому пусковий струм більший від номінального?

1.4. Завдання для самостійної роботи

Визначити один із розрахункових параметрів двигуна згідно наведених нижче варіантів

Варіанти завдань

№ студ. за списк.	Параметри двигуна	Розрахункові параметри


1-7	Р_н=2,4кВт; U_н=110В; І_н=26,1А; R_д=0,39Ом; n_н=1600 об/хв; _н=0,76
8-14	Р_н=3,4кВт; U_н=110В; І_н=36,2А; R_д=0,19Ом; n_н=800 об/хв; _н=0,8


15-21	Р_н=5,6кВт; U_н=220В; І_н=29,2А; R_д=0,44Ом; n_н=1000 об/хв; _н=0,84
22-28	Р_н=1,5кВт; U_ф=220В; п_н=1415 об/хв; cosj=0,83;М_к/М_н=2,2; І_n/I_н=5; _н=0,77