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?Id н ; (5.6)
I 2 =0,58?20 = 11,6 А;
I 1 =0,82?Id н ; (5.7)
I 1 =0,82? ?20=9,46 А
Определяем мощность трансформатора:
I d н (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