Механика электропривода

Контрольная работа

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Самарский государственный университет путей сообщения

Императора Николая II

Нижегородский филиал

Контрольная работа

по дисциплине «Основы электропривода технологических установок»

Выполнил студент 3 курса

Шифр: 17141-ПСЖД-303

Багров А.М.

Проверил: доц.Корсаков С.М

Нижний Новгород, 2018 г.

1. Механика электропривода

Задача 1.1 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М с (щ) вентилятора с учетом моментов потерь в двигателе ДМдв и механизме ДМм .

Варианты заданий представлены в таблице 1.1

Таблица 1.1

№ варианта

, 1/с

ДМ дв,

Н·м

ДМ м.

Н·м

К, о.е.

n, о.е

303

10

157

5

10

2

3

Решение:

Основой решения задачи является уравнение вида:

(1.1)

где — момент, создаваемый рабочим органом.

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

(1.2)

Рассчитаем номинальный момент механизма

(1.3)

=21,8

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

Рисунок 1.1 — Механическая характеристика вентилятора

Задача 1.2 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М с (щ) тележки с учетом моментов потерь в двигателе ДМдв и механизме ДМм на интервале изменения частоты вращения от + до —

Варианты заданий представлены в таблице 1.2

Таблица 1.2

№ варианта

, 1/с

ДМдв,

Н·м

ДМм.

Н·м

К, о.е.

303

105

1,5

3,5

0,4

Решение:

Расчеты выполняем по формуле:

(1.4)

где — момент, создаваемый рабочим органом

На рисунке 1.2 линейно-возрастающая механическая характеристика производственного механизма.

Рисунок 1.2 — Механическая характеристика тележки

Задача 1.3 Рассчитайте и постройте механическую характеристику

М с (щ) подъемника с учетом моментов потерь в двигателе ДМдв и механизме ДМм на интервале изменения частоты вращения от + до —

Варианты заданий представлены в таблице 1.3

Таблица 1.3

№ варианта

, 1/с

Н·м

ДМдв,

Н·м

ДМм.

Н·м

303

105

20

4

3

Решение:

Расчеты выполняем по формуле:

(1.4)

где — момент, создаваемый полезной нагрузкой совместно с грузозахватывающим устройством

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

Рисунок 1.3 — Механическая характеристика подъемника

2. Электромеханические свойства двигателей

двигатель вентилятор механический

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

Варианты заданий представлены в таблице 2.1

Таблица 2.1

№ варианта

, 1/с

А

,

Ом

а

303

110

100

35

0,25

2

360

2

Решение:

Конструктивные коэффициенты двигателя постоянного тока независимого возбуждения определяем по формуле

где — число пар полюсов двигателя,

  • число активных проводников обмотки якоря,

а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря

где напряжение якоря, В,

  • ток якоря, А,
  • внутреннее сопротивление якоря двигателя, Ом,
  • номинальная угловая скорость двигателя, 1/с

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

Варианты заданий представлены в таблице 2.2

Таблица 2.2

№ варианта

, 1/с

А

,

Ом

303

110

130

30

0,3

Решение:

Частоту вращения идеального холостого хода определяем по формуле

(2.3)

где напряжение якоря, В

с — конструктивный коэффициент машины

(2.4)

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

Рисунок 2.2 — Электромеханическая характеристика двигателя

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

Варианты заданий представлены в таблице 2.3

Таблица 2.3

№ варианта

, 1/с

А

,

Ом

303

110

130

30

0,3

Решение:

Ток короткого замыкания определяем по формуле

(2.5)

где напряжение якоря, В,

  • внутреннее сопротивление якоря двигателя, Ом

Момент короткого замыкания определяем по формуле

где с — конструктивный коэффициент машины

Для построения графиков определяем частоту вращения идеального холостого хода

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

Рисунок 2.3 — Электромеханическая характеристика двигателя

Рисунок 2.4 — Механическая характеристика двигателя

3. Динамика электромеханической системы

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

Варианты заданий представлены в таблице 3.1

Таблица 3.1

№ варианта

, Нмс

, Нмс

303

1

-90

-5

Решение:

Движение будет устойчивым при выполнении условия

в — в с < 0 (3.1)

где в — жесткость механической характеристики двигателя

в с — жесткость механической характеристики исполнительного органа

  • 90 — (-5) = -85< 0

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

Рисунок 3.2 — Механическая характеристика

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

Значения параметров представлены в таблице 3.2

Таблица 3.2

№ варианта

, Гн

Rя, Ом

J, кг

, Нмс

303

0,045

0,1

9

140

Решение:

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

(3.2)

где — электромагнитная постоянная времени якорной цепи,

  • электромеханическая постоянная времени двигателя

Коэффициент затухания определяется по формуле

б = (3.3)

Определим электромагнитную постоянная времени якорной цепи

=0,045 с

Определим электромеханическую постоянная времени двигателя

б ==11,1

Произведем расчет передаточной функции двигателя:

где — коэффициент усиления,

  • электромеханическая постоянная времени двигателя

С учетом найденных коэффициентов запишем передаточную функцию исполнительного двигателя:

Передаточная функция запишется в следующем виде:

Рисунок 3.3 — Структурная схема двигателя при управлении скоростью

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

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

Значения параметров представлены в таблице 3.3

Таблица 3.3

№ варианта

, Нм

, о.е

J

303

1

1600

0,14

9

Решение:

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

(3.4)

где — электромагнитная постоянная времени асинхронного двигателя,

  • электромеханическая постоянная времени асинхронного двигателя

(3.5)

Определяем частоту вращения ротора на идеальном холостом ходе

=

= = 314 1/с

Электромеханическая постоянная времени двигателя

где — модуль жесткости механической характеристики асинхронного двигателя.

Коэффициент затухания определяется по формуле

б =

б =

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

4. Выбор мощности двигателя

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

Значения параметров представлены в таблице 4.1

Таблица 4.1

№ варианта

, Нм

, Нм

, Нм

, с

, с

, с

, с

303

2

1

2

1

1

1

3

0,5

Решение:

Эквивалентный по нагреву момент двигателя может быть рассчитан по формуле:

Определяем коэффициент ухудшения охлаждения в режимах пуска и охлаждения

Выбираем двигатель продолжительного режима работы 4 А80А4У3

5. Регулирование координат электропривода

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

Значения параметров представлены в таблице 5.1

Таблица 5.1

№ варианта

, Нмс

, Нм

, Нм

303

200

15

5

105

Решение:

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

(5.1)

где — максимальное отклонение скорости от среднего значения

= 0,025

Рисунок 5.1 — Механическая характеристика

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

Значения параметров представлены в таблице 5.2

Таблица 5.2

№ варианта

,

1/с

, Нмс

, Нм

, Нм

303

100

200

10

0

5

Решение:

Определяется среднее значение момента статической нагрузки

(5.2)

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

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

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

Определяется диапазон регулирования скорости:

=20

Рисунок 5.2 — Механическая характеристика

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

Значения параметров представлены в таблице 5.3

Таблица 5.3

№ варианта

, 1/с

А

,

Ом

303

110

100

20

0,5

Решение:

Определяется нижняя скорость диапазона регулирования:

(5.3)

где — коэффициент двигателя

Определяется диапазон регулирования скорости:

=2,2

=5,7

Рисунок 5.3 — Механическая характеристика

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

Варианты заданий представлены в таблице 5.4

Таблица 5.4

№ варианта

А

А

303

127

220

20

0,5

Решение:

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

(5.4)

(5.5)

Вторичный и первичный токи трансформатора:

I 2 =0,58?Idн ; (5.6)

I 2 =0,58?20 = 11,6 А;

I 1 =0,82?Idн ; (5.7)

I 1 =0,82? ?20=9,46 А

Определяем мощность трансформатора:

I dн (5.8)

где — максимальная выпрямленная ЭДС преобразователя

(5.9)

Индуктивность уравнительного реактора:

(5.10)

Основная литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/mehanika-elektroprivoda/

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

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

Дополнительная литература

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/kontrolnaya/mehanika-elektroprivoda/

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

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

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

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

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