Рассчитать сопротивление пускового реостата для двигателя постоянного тока

Методы расчета пусковых сопротивлений ДПТ НВ

Дата добавления: 2013-12-23 ; просмотров: 10615 ; Нарушение авторских прав

В машине постоянного тока обмотка якоря имеет малое сопротивление и при включении в сеть возникают пусковые токи, которые могут достигать 15. 20 I_ном. Увеличение токов якоря выше значения 2. 2,5 I_ном приводит к ухудшению коммутации.

Кроме того, возникающие динамические усилия могут постепенно разрушить обмотку якоря, вызвать срезание шпонок, скручивание валов и т.д. Ограничение пусковых токов осуществляется с помощью сопротивлений r₁, r₂, r₃, включаемых в якорную цепь (рис.2.12). По мере разгона двигателя увеличивается ЭДС, а ток снижается. Последовательно закорачивая сопротивления контактами КМ1, КМ2, КМЗ, выполняют (осуществляют) пуск. Пусковая диаграмма двигателя представлена на рис. 2.13.

Рис. 2.13. Схема включения пусковых резисторов..

Значения токов переключения I₁ и I₂ выбирают, исходя из требований технологии к электроприводу и коммутационной способности двигателя. Так, принимают I₁ = (2,0. 2,5)I_Н и I₂ = (1,2. 1,3)I_Н в тех случаях, когда продолжительность пуска двигателя влияет на производительность часто включаемой машины.

Если требуется плавный пуск, например, пассажирских лифтов, то значения токов переключения будут обусловлены допустимыми ускорениями электропривода. В тех случаях, когда пуск редкий и не ограничиваются условия пуска, значения токов I₁ и I₂ можно взять несколько больше рабочих токов (но значительно меньше, чем в первом случае, когда I₁ = (2. 2,5)I_Н.

Значения пусковых сопротивлений рассчитывают аналитическим и графическим методами. Если число ступеней задано, то это означает, что расчет выполняется для уже известной стандартной контакторной панели. Если число ступеней не известно, требуется подобрать

Аналитический метод расчета пусковых сопротивлений

При включении двигателя в сеть разгон начинается с пус­ковым сопротивлением R₃ = r_Я + r₁ + r₂ + r₃ (рис.2.13). Этим сопротивлениям соответствует искусственная электромеханическая характеристика

1 – 2 — ω₀ (рис.2.14). При токе I₂ и скорости ω₂ (точка 2) контактами КМЗ шунтируется добавочное сопротивление r₃, и ток двигателя вновь увеличивается до I₁ (точка 3). Пуск продолжается с сопротивлением R₃ = r_Я + r₁ + r₂ по характеристике З – 4 — ω_о. В точке 4 этой характеристики происходит отключение r₂ контактом КМ2. С сопротивлением

R₃ = r_Я + r₁ двигатель разгоняется по характеристике 5 – 6 — ω_о. На скорости ω₆ (точка 6) отключается последнее сопротивление r₁, и двигатель выходит на естественную электромеханическую характеристику 7 – 8 — ω_о, по которой разгоняется до частоты вращения, соответствующей нагрузке на валу.

Для определения значений добавочных сопротивлений берем отношение токов, соответствующих точкам 3 и 2 на угловой скорости ω₂ пусковой диаграммы:

Рис. 2.14. Пусковая диаграмма ДПТ НВ.

Значения ЭДС двигателя в этих точках равны, так как частота вращения ω_{2 НЕ ИЗМЕНЯЕТСЯ}

После сокращения напряжения получим:

На угловой скорости ω₄ для точек 4-5 запишем:

Аналогично для угловой скорости ω₆ (точек 6 и 7):

Обозначим отношение токов переключения: , тогда

Если было бы m ступеней, то по аналогии:

В этом выражении число пусковых ступеней m и кратность пусковых токов взаимосвязаны:

Значение сопротивлений каждой ступени можно определить следующим образом:

Порядок расчета пусковых сопротивлений

Если задано число ступеней m, то расчет сопротивлений выполняется следующим образом:

1) задаемся значением тока I₁ и определяем R_m:

2) находим отношение токов переключения:

3) вычисляем значение второго тока переключения I₂:

и сравниваем его с рабочим током двигателя I_с, соответствующим максимальному моменту рабочей машины при пуске.

Если известен рабочий момент М_с, то

а если дана мощность на валу рабочей машины Р_В.р.м., то

При I₂ > (1,1. 1,2)I_c определяем сопротивление каждой ступени:

Если условие I₂ > 1,1I_c не соблюдается, то выбираем новое

(большее) значение I₁ и повторяем расчет.

Если число ступеней сопротивлений неизвестно, то расчет ведется в такой последовательности:

1) задаемся значениями токов переключения I₁,I₂ и определяем λ:

2) определяем число ступеней:

Полученное значение m (если оно дробное) округляем до

ближайшего целого числа и уточняем λ и ток I₂:

Дальнейший расчет ведется, как в первом случае. После завершения расчетов по первому или второму варианту необходимо проверить правильность расчетов. Для этого определяем суммарное

и сравниваем с исходным . Отклонение в расчетах должно быть в пределах допустимой ошибки — 5. 7%.

Графический метод расчета пусковых сопротивлений

Этот способ расчета дает наглядное представление о значениях добавочных сопротивлений, но имеет существенный недостаток —

точность расчетов зависит от точности построения пусковой диаграммы двигателя.

Электромеханические характеристики для двигателя постоянного тока с включенным в цепь якоря добавочным сопротивлением R_доб. приведены на рис. 2.15.

Рис.2.15. Электромеханические характеристики ДПТ НВ при введении добавочных резисторов в цепь якоря.

Уравнение ЭДС для номинального тока и частоты вращения ω

Последнее выражение разделим на сФ_н:

Сравнивая выражения (2.39) и (2.40 ), запишем:

следовательно, для постоянных значений I_н и сФ_н значение отрезка аб пропорционально . Если характеристика проходит через точку г, то все приложенноеU_н уравновешивается падением в

R_н носит название номинального сопротивления, . Номинальное сопротивление электродвигателя — это такое сопротивление якорной цепи, при котором в момент включения (при ω=0) в обмотке якоря протекает номинальный ток. Отрезок аг пропорционален R_н. Таким образом, по значению отрезка, отсекаемого характеристикой на линии номинального тока, можно рассчитать сопротивление якорной цепи. Но для этого необходимо знать масштаб

где ; U_н, I_н, Р_н, — номинальные напряжение, ток и мощность двигателя.

Первый способ определения масштаба более точный, так как

отрезок аг больше, чем отрезок аб.

При расчете пусковых сопротивлений двигателя постоянного тока графическим методом возможны два варианта.

1.Число пусковых ступеней m задано.

По паспортным данным машины строим естественную электромеханическую характеристику по двум точкам (ω_o, М = 0) и (I_н, ω_н)

(рис. 2.16). Откладываем значения токов переключения I₁ и I₂.

Их значения необходимо обосновывать, исходя из требований технологии к электроприводу и коммутационной способности двигателя. Предельное значение тока I₁ берем равной (2. 2,5)I_н. Ток I₂ = (1,2. 1,3)I_н. Через точки, соответствующие значениям I₁ и I₂ на оси токов проводим две прямые, параллельные оси частоты вращения. Соединяем точки 1 и ω_о прямой линией, которая пересечется в точке 2 с током I₂.

Дальнейший порядок построения от точки 2 к 3 и т.д. виден из рис. 2.16. В результате построения необходимо попасть в точку пересечения естественной электромеханической характеристики и линии тока переключения I₁ (точку 7). Если совпадения не получилось или число ступней не равно заданному, то необходимо изменить значение тока I₂ или I₁ и повторить построение.

Рис. 2.16. Графический метод расчета сопротивлений пусковых

резисторов ДПТ НВ.

Определяем масштаб сопротивления:

Определяем значения пусковых сопротивлений ступеней:

Проверяем правильность расчета:

Полученное значение должно отличаться от заданного тока не более чем на 7. 10%. При отклонении более 10% необходимо выполнить более тщательное построение и расчет.

2. Если число пусковых ступеней не задано, то в этом случае при построении необходимо попасть в точку пересечения линии тока I₁ и естественной электромеханической характеристики, а затем принять то число ступеней, которое получится.

Таким образом, процесс пуска двигателя в несколько ступеней, изображенный на рис. 2.16, характерен тем, что ток двигателя во время пуска колеблется в пределах от . В начале пуска , далее, по мере ускорения двигателя растет его ЭДС, вследствие чего начинает уменьшаться ток в цепи якоря двигателя, а следовательно, и момент двигателя. Когда ток достигает выключается часть пускового реостата с таким расчетом, чтобы ток двигателя снова достиг значения и т.д.

По мере выведения пусковых резисторов сопротивление цепи якоря уменьшается, а следовательно, уменьшается и значение электромеханической постоянной, что приводит к уменьшению продолжительности пуска на каждой последующей ступени.

Источник

Расчет сопротивления отдельных секций пускового реостата и полного сопротивления роторной цепи на отдельных ступенях пуска. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока посредством изменения потока возбуждения

Страницы работы

Содержание работы

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электрификации и автоматизации сельского хозяйства

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ЭЛЕКТРОПРИВОДУ

Выполнил: студент 347гр.

Проверил: Основич В.Л.

1. задание на курсовую работу.. 3

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. 13

Задание на курсовую работу

1. Определить какой момент М_с* разовьет двигатель параллельного возбу­ждения, если при добавочном сопротивлении якорной цепи R_д = 1,2 Ом он работает со скоростью ω_с = 68 рад/с. Двигатель имеет следующие данные: Р_н= 15 кВт, U_н = 440 В, ω_н = 74,3 рад/с, η_н = 85%, I_н=40А.

Результат получить в относительной форме и построить естественную и искусственную характеристики ω* = f(М)*.

2. Для асинхронного двигателя с фазным ротором, имеющего данные: Р_н = 30 кВт, Е_2н = 235 В, I_2н = 73 А, ω_н = 98 рад/с, рассчитать аналитически сопротивления отдельных секций пускового реостата и полное со­противление роторной цепи на отдельных ступенях пуска. Пуск форсированный при М₁* = 2,0.

3. Определить мощность двигателя, работающего по графику:

4. Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока посред­ством изменения потока возбуждения.

5. Начертить схему управления двигателем постоянного тока параллельно­го возбуждения с динамическим торможением. Пояснить работу схемы.

1. Определить какой момент М_с* разовьет двигатель параллельного возбу­ждения, если при добавочном сопротивлении якорной цепи R_д = 1,2 Ом он работает со скоростью ω_с = 68 рад/с. Двигатель имеет следующие данные: Р_н= 15 кВт, U_н = 440 В, ω_н = 74,3 рад/с, η_н = 85%, I_н=40А.

Результат получить в относительной форме и построить естественную и искусственную характеристики ω* = f(М)*.

Для двигателя постоянного тока независимого возбуждения механические и скоростные характеристи­ки w=f(M) и w=f(I_я), яв­ляются прямыми линиями. Для их построения достаточно знать две точки в пря­моугольной системе координат.

Естественную механическую и скоростную характеристику (рис.1) можно построить по точкам с координатами :

1) w=w_н и М=М_н (механическая) или I=I_н (скоростная)

2) w=w_о; и М=0 (механическая) или I=0 (скоростная)

где w_н -номинальная угловая скорость, рад/с

М_н — номинальный момент, Нм,

где Р_н — номинальная мощность, кВт;

w_о — угловая скорость идеального холостого хода, рад/с,

Если внутреннее сопротивление двигателя г_д не задано, то его ориентировоч­но определяют по выражению:

Искусственную характеристику можно построить по точкам с координатами:

1) w=w_о и М=0 (механическая) или I=0 (скоростная)

2) w=w_и и М (механическая) или I (скоростная)

где w_и — угловая скорость на искусственной характеристике, соответствующая произвольному значению момента — М, рад/с или тока — I

где R- полное сопротивление якорной цепи, Ом.

где R_д — добавочное сопротивление в якорной цепи двигателя, Ом.

По найденным точкам строим естественную и искусственную

где М — текущее значение момента, Нм;

М_н — номинальное значение момента, Нм.

2. Для асинхронного двигателя с фазным ротором, имеющего данные: Р_н = 30 кВт, Е_2н = 235 В, I_2н = 73 А, ω_н = 98 рад/с, рассчитать аналитически сопротивления отдельных секций пускового реостата и полное со­противление роторной цепи на отдельных ступенях пуска. Пуск форсированный при М₁* = 2,0.

Аналитический метод расчета.

1) рассчитываем отношение пускового момента к переключающему λ по формуле:

где r_д * — внутреннее сопротивление двигателя параллельного или независимо­го возбуждения в относительных единицах.

Найдем ω_n ; => P≈3пары полюсов

Найдем s_н — номинальное скольжение;

где w_н -номинальная угловая скорость, рад/с;

w_о— синхронная угловая скорость, рад/с.

Найдем отношение пускового момента к переключающему λ :

Проверяем пусковой момент:

=> момент больше номинального, что и требовалось.

Рассчитываем сопротивления отдельных секций пускового реостата r₁, r₂, r₃. r_4. Номер секции пускового реостата указывает на очередность, в которой они шунтируются в процессе пуска двигателя.

Рассчитываемполное сопротивление якорной цепи на отдельных ступенях пуска

Источник

Расчет семейства пусковых реостатных характеристик ДПТ.

Описание процесса пуска.

Рассмотрим процесс пуска двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. При пуске ДПТ обычно используют пусковой реостат. Схема включения ДПТ приведена на рис. 5.1.

При пуске двигатель переходит из режима покоя в режим работы на естественной характеристике n(M). Ротор ДПТ приводит во вращение какой-либо рабочий механизм. При этом двигатель преодолевает момент сопротивления М_С , создаваемый рабочим механизмом, и динамический момент, идущий на преодоление инерции самого ротора и всех вращающихся частей рабочего механизма.

Этому соответствует следующее уравнение моментов, приведенных к валу АД

Здесь M — момент, развиваемый двигателем ;

M_C – статический момент сопротивления ;

M_ДИН = J — динамический момент ;

J — суммарный момент инерции ротора ДПТ и вращающихся частей рабочего механизма , приведенный к валу двигателя;

Ω — угловая скорость вращения ротора;

Если М_ДИН > 0 , то > 0 — происходит разгон ДПТ .

При пуске стремятся обеспечить достаточно большой момент М_ПУСК .

Однако, при слишком большом пусковом моменте могут возникнуть недопустимо большие динамические толчки момента, которые приведут к механическим повреждениям двигателя.

Кроме этого в цепи якоря двигателя возникает большой пусковой ток I_Я . В общем случае ток якоря выражается формулой

Непосредственное включение неподвижного двигателя в сеть (n = 0, Е = 0) недопустимо, т.к. сопротивление цепи якоря (R_Я + R_{ДОП ПОЛ}) мало и ток при этом достигнет значений в 10 – 20 раз превышающих номинальный ток .

Считается, что при токе якоря I_Я ≥ 2.5٠I_{Я НОМ} возникает угроза появления кругового огня на коллекторе ДПТ. В реальных условиях стремятся обеспечить , чтобы пусковой ток якоря не превышал

(2 ÷ 2.2)٠I_{Я НОМ} . Ограничить ток якоря при пуске (n = 0, Е = 0) можно, включив последовательно с обмоткой якоря пусковой реостат с соответствующим сопротивлением R_ПУСК (см. рис.5.1.)

Одновременно получим ограничение и пускового момента М_ПУСК (точ. 1, рис.5.2.).

По мере увеличения частоты вращения ротора рабочая точка, характеризующая состояние ДПТ, движется по нижней реостатной характеристике от точ.1 к точ.2 , растет э.д.с. двигателя Е , уменьшается ток I_Я и момент М .

Одновременно уменьшается угловое ускорение . Для поддержания постоянства углового ускорения ротора уменьшают пусковое сопротивление R_ПУСК . При этом возрастает ток I_Я и увеличивается момент М, определяющий угловое ускорение.

Пусковое сопротивление выполняется из нескольких секций, которые по мере разгона двигателя, по очереди выключаются. Двигатель каждый раз переходит на новую реостатную характеристику n(M). В итоге при полностью выключенном пусковом сопротивлении (R_ПУСК = 0) двигатель продолжает работать уже на естественной характеристике n(M).

Процесс пуска заканчивается, когда момент, развиваемый двигателем, становится равным моменту сопротивления, создаваемому рабочим механизмом (М = М_С), ротор двигателя вращается с постоянной скоростью (n = const), соответствующей точке 6 (см. рис.5.2.).

Чем больше ступеней имеет пусковое сопротивление, тем плавнее процесс пуска двигателя.

Последовательность расчета пусковых реостатных характеристик n(M).

Рассмотрим этапы расчета и построения реостатных характеристик, обеспечивающих пуск ДПТ (рис.5.2.).

На общем графике в осях n и М покажем естественную характерис-тику n(M) в диапазоне изменения момента М = (0 ÷ 2.2)٠М_НОМ. Она уже рассчитана раньше (п. 2.1.).

Нижняя реостатная характеристика соответствует наибольшей величине пускового сопротивления R / _ПУСК .

Уравнение соответствующей реостатной характеристики n(M) выглядит

Принимаем, что наибольшее значение пускового момента равно

М_{ПУСК MAX} = 2.2٠М_НОМ . Подставляем числовые значения координат точки 1 (рис.5.2.) (n = 0; M = 2.2٠M_НОМ) и определяем величину R / _ПУСК .

Вычисляем координаты точки 2, в которой происходит уменьшение

пускового сопротивления от R / _ПУСК до R // _ПУСК и переход рабочей точки на вторую реостатную характеристику. При пуске стремятся, чтобы пусковой момент не выходил из диапазона М_ПУСК = (1.1 ÷ 2.2)٠ М_НОМ .

Принимаем момент, при котором происходит переключение пускового реостата равным М_ПЕРЕКЛ = 1.1٠М_НОМ . Определяем частоту вращения в точке 2. Для этого подставляем в приведенное выше уравнение реостатной характеристики числовые значения R / _ПУСК и М = 1.1٠М_НОМ и вычисляем n_П2 .

В точке 2 происходит уменьшение пускового сопротивления (R // _ПУСК / _ПУСК) при неизменной частоте вращения ротора ДПТ. Рабочая точка скачком переходит в точку 3 на второй реостатной характеристике, соответствующей пусковому сопротивлению R // _ПУСК . Момент, вырабатываемый двигателем, скачком возрастает до величины М = 2.2٠М_НОМ . Подставим в уравнение реостатной характеристики n(M) числовые значения n_П2 и М = 2.2٠М_НОМ и вычислим R // _ПУСК , соответствующее второй реостатной характеристике n(M) . В точке 3 вращающий момент ДПТ больше момента сопротивления М_С и частота вращения n продолжает увеличиваться до точки 4 .

Опять воспользуемся уравнением соответствующей реостатной характеристики . Подставим в него числовые значения R // _ПУСК и М_ПЕРЕКЛ = 1.1٠М_НОМ . Вычисляем значение n_П4 , соответствующее точке 4. При достижении точки 4 происходит полное выключение пускового реостата и рабочая точка двигателя скачком переходит в точку 5 на естественной характеристике n(M) ДПТ. Снова скачком увеличивается электромагнитный момент ДПТ, происходит дальнейшее возрастание частоты вращения n , рабочая точка уже движется по естественной характеристике от точки 5 вверх к точке 6.

При достижении точки 6 вращающий момент ДПТ становится равным моменту сопротивления (М = М_С) и разгон двигателя прекращается. В точке 6 ротор ДПТ вращается с постоянной скоростью – процесс пуска заканчивается.

На общем графике строим естественную и две реостатных характеристики n(M) и на них показываем участки, по которым движется рабочая точка при пуске ДПТ . Номерами отмечаем точки перехода рабочей точки с одной характеристики на другую по аналогии , как показано на рис.5.2 .

Источник



Расчет пусковых сопротивлений двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением.

Расчет пусковых сопротивлений для двигателей с последовательным возбуж­дением производится графическим способом. Метод расчета основан на предполо­жении, что между сопротивлением якорной цени и скоростью при неизменных токе и потоке возбуждения существует линейная зависимость.

Расчет осуществляется в следующем порядке:

1. По паспортным данным определяем номинальную угловую скорость и номинальный момент:

2. Определяем внутреннее сопротивление двигателя по формуле:

3. Уравнение электромеханической характеристики не может быть использо­вано для построения естественной характеристики, так как в практике не­насыщенные машины не изготавливаются. Поэтому строим естественную характеристику с помощью универсальных характеристик, приведенных в примечаниях к таблице 1.3. Результаты расчетов сводим в таблицу 1.2.

4. Дальнейшие построения для двух ступеней пускового реостата показаны на рис. 1.2. По оси абсцисс влево от оси ординат откладываем в масштабе сопротивления двигателя R_BН, которому соответствует отрезок ОА. Через точку А проводим вертикаль Af. Выбираем пределы колебаний пускового тока I₁ и I₂ и проводим через соответствующие точки вертикальные пря­мые до пересечения с естественной характеристикой. Из полученных то­чек пересечения S и t проводим горизонтальные прямые до пересечения с линией Af. По левой оси откладываем в масштабе сопротивления соот­ветствующие выбранным пределам пусковых токов:

Соединяя точки а и е, а также q и f, получаем прямые, характеризующие линейную зависимость между угловой скоростью и сопротивлением, линия ae соответствует максимальному значе­нию пускового тока I₁, а линия qf — току переключения I₂. Для величины сопротивлений пусковых ступеней при заданном их числе между прямыми qf и ае проводим ломаную линию, начиная от точки а. Число горизонталь­ных участков этой линии должно быть равно числу ступеней пускового реостата. Если точка пересечения линий de и ае не совпадает с линией fA, то необходимо произвести повторное графическое построение, выбрав новое значение для I₂.

5. Определяем сопротивление секций пускового реостата:

.

6. Искусственную характеристику строят по естественной характеристике с помощью формулы;

.

Рис.1.5. График для расчета сопротивлении пускового реостата двигателя с последовательным возбуждением.

Таблица 1.2.1 Зависимости и .

Для двигателя постоянного тока последовательного возбуждения с паспортными данными, приведенными в таблице 1.3, рассчитать пусковой реостат а соответствующее число ступеней. Максимальный ток переключения I₂ считать равным 2I_H. Для построения естественной характеристики следует воспользоваться зависимостями, приведенными в примечаниях к таблице 1.2.1.

Рис.2.3. График работы двигателя

1. Чиликин М.Г. Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981. 576с.

2. Полтава Л.И. Основы электропривода. М.: Недра, 1970. 224с.

3. Комар М.А. Основы электропривода и аппараты управления. М.: Энергия, 1968. 344с.

Источник