Универсальная кривая намагничивания АД

			0,85	1,10	1,25	1,30	1,35	1,37	1,9	1,40
		0,40	0,80	1,20	1,60	2,00	2,40	2,80	3,20	3,60

 

VI.Расчет параметров структурной схемы

Структурная схема линеаризованного асинхронного электропривода приведена в /1, с.172/. По своему виду она аналогична структурной схеме, показанной на рис. 5.2. Только вместо величины Т_Я на схеме нужно записать Т_Э электромагнитную постоянную времени двигателя.

Параметры структурной схемы рассчитываются по следующим формулам:

- модуль статической жесткости, линеаризованного рабочего участка естественной характеристики М(S)

Коэффициент жесткости можно рассчитать по формуле /14/:

;

- электромагнитная постоянная времени:

(с) (10.4)

Величины Т_М J определяется по формулам (11.2) или (12.2) и (13.2).

 

IIX. Расчет энергетических показателей привода в установившемся режиме работы.

Под энергетическими показателями понимаются КПД, коэффициент мощности, потребляемая мощность и энергия из сети. А таблице 4.4. приведены энергетические показатели АД нормального исполнения в относительных единицах при работе его на естественной характеристике.

Таблица 4.4.

КПД и cos j в относительных единицах.

Х	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,70	0,80	0,90	1,00
h*	0,48	0,68	0,79	0,86	0,93	0,97	1,00	1,01	0,01	1,00
cos j*	0,34	0,56	0,70	0,79	0,84	0,93	0,97	1,00	1,00	1,00

 

Здесь

,

Зная относительную загрузку Х двигателя и используя данные табл.4.4, находят текущие значения h и cos j. Тогда активная мощность, потребляемая из сети (кВт)

, (11.4)

 

где - мощность на валу АД; приведенный момент статического сопротивления (Н^.м) и скорость вращения двигателя (1/с).

Реактивная мощность (квар):

(вар), (12.4)

где - коэффициент реактивной мощности.

Полная мощность потребляемая из сети: (КВ^.А)

Номинальный коэффициент мощности (приводится в паспортных данных).

Коэффициент мощности двигателя в режиме холостого хода (иногда приводится в паспортных данных)

Коэффициент мощности пусковой соs j_П определяют по величине tgj_П, которую можно рассчитать по формуле:

;

Коэффициент мощности роторной цепи:

Потери мощности DР, номинальные постоянные К_Н и полные DР_Н потери мощности в АД определяются соответственно по формулам 17.2, 19.2, 20.2 (Тема 2).

Номинальные переменные потери мощности:

Номинальные переменные потери в обмотке ротора:

(Вт)

Номинальные переменные потери в обмотке статора:

(Вт)

Номинальный ток двигателя если его значение не приведено в паспортных данных можно определить по формуле:

;

Тогда номинальные переменные потери мощности:

(Вт) (13.4)

Номинальная электромагнитная мощность:

Номинальные потери мощности в статоре:

Тогда потери в стали статора:

Номинальная механическая мощность:

Тогда механические потери при w=w_Н:

ПРИМЕЧАНИЕ: обычно принимают потери в стали ротора при w»w_Н DР_С2=0

Потери и общий расход энергии W_У по формулам 21.2 и 22.2

IX. Расчет момента холостого хода двигателя.

Момент холостого хода определяется по формуле (14.2). Номинальный электромагнитный момент М_Н определяется по формуле (3.4), при подстановке в нее S=S_Н. Номинальный момент на валу М_НВ определяется по формуле (15.2)

Примеры расчета приведены в /1,с.164,180,184/.

 

ПРИМЕР РАСЧЕТА.

Ад с КЗР типа МТКF-311-6 имеет технические данные:

РН=11 кВт	I1Н=28А	Х’2=0.56 Ом
UН=380 В	IХХ=20А (»70%)	К2=0,74.104
wН=95,3 1/с	R1=0.48 Ом	JД=0,213 кгм2
cosjН=0,76	Х1=0,65 Ом	wМАКС=2,5.w0
hН=0,78	I’2H=23 А
lН=2,9	R’2=0.8 Ом

 

Для расчета характеристик см. уравнения 1.4, 1.4’,3.4.

1. Скорость идеального холостого хода:

1/с

2. Номинальное скольжение:

=0,089

3. Критическое скольжение:

4. Номинальный электромагнитный момент (по 3.4.):

Н^.м

5. Критический момент:

Н^.м

6. Номинальный момент на валу:

Н^.м

7. Момент холостого хода:

Н^.м, (16%)

8.Номинальный ток намагничивания (по 2.4.):

, (»50%)

9. Номинальная мощность потребляемая из сети:

10. Модуль жесткости характеристики М(S):

Н^.м^.с

11 Электромеханическая постоянная времени двигателя

12. Электромагнитная постоянная времени двигателя:

13. Номинальные полные потери мощности (по 20.2)

т

14. Номинальные переменные потери в двигателе (по 13.4):

Вт

Переменные потери мощности можно найти по другой формуле:

Тогда полные потери мощности:

,

15. Номинальные постоянные потери:

Вт

16. Потери энергии за 1 час работы с номинальной нагрузкой (по 21.2):

Дж=3,1кВт^.ч

17. Общее потребление энергии за 1 час работы с номинальной нагрузкой (по 22.2):

кВт^.ч

 

Тема 5. МЕТОДИКА РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ Г-Д.

На основании известных паспортных данных ДПТНВ и заданных режимов работы системы Г-Д рассчитать ее характеристики и параметры:

1. Выбрать силовое оборудование системы;

2. Рассчитать номинальное значение магнитного потока ГПТ;

3. Рассчитать основные характеристики w(I), w(М);

4. Рассчитать регулировочные характеристики w(I), w(М) в нижнем поддиапазоне регулирования скорости;

5. Рассчитать регулировочные характеристики w(I), w(М) в верхнем поддиапазоне регулирования скорости;

6. Рассчитать нагрузку гонного (сетевого) двигателя системы при известной нагрузке на валу ДПТ;

7. Рассчитать параметры структурной схемы;

8. Рассчитать энергетические показатели системы.

9. Пример расчета.

 

~

 

Рис. 1.5. Схема силового канала системы Г-Д.

Примечание к схеме:

; w=var – угловая частота вращения рабочего (исполнительного) двигателя.

М₁ – электромагнитный момент гонного двигателя (обычно АД с КЗР).

 

Методика расчета

I. Выбор силового оборудования системы Г-Д.

Считаем, что известны номинальные паспортные и обмоточные данные рабочего ДПТНВ (независимого возбуждения)сери П,П2, 2П,Д.

Требуемая расчетная мощность ГПТНВ (независимого возбуждения)

,

где - номинальные значения мощности и КПД рабочего ДПНТВ.

По /2,3/ выбирается ГПТНВ серий П, 2П или П2, при соблюдении условий: независимого возбуждения)

,

Здесь , - номинальные значения мощности и напряжения Г и ДПТ

В качестве примера приведены некоторые технические данные ГПТ серии П с независимым возбуждением /15/. Эта серия имеет 8 типоразмеров от П-81 до П-112. При номинальном напряжении U_Н=230В, номинальные мощности Р_Н=19-190 кВт, n_Н=980-1450 об/мин

При U_Н=460 В, Р_Н=25-170 кВт, n_Н=980-1450 об/мин

У всех типов генераторов число пар полюсов Р_П=2,

номинальное напряжение возбуждения U_ВН=230В,

сопротивления обмоток указаны при t_ос=20⁰С,

допустимая температура нагрева обмоток t_ДОП=75⁰С,

число активных проводников якоря N=2W_Я

 

Расчетная мощность сетевого двигателя (гонного):

,

где h_НГ – номинальное значение КПД ГПТ.

По /2,3/ выбирается (в зависимости от номинальной мощности системы) в качестве сетевого АДКЗР серии 4А, АИ или синхронный двигатель при соблюдении условий:

, !

где - номинальные значения мощности и скорости вращения сетевого двигателя и ГПТ.

Если ОВГ и ОВД получают питания от тиристорного возбудителя, то последние также необходимо выбрать.

Тиристорный возбудитель ГПТ выбирается реверсивным или не реверсивным (в зависимости от условий технологического процесса), исходя из условий:

где - номинальные значения напряжений возбудителя и возбуждения ГПТ, а также их токов.

Тиристорный возбудитель ДПТ выбирается не реверсивный (как правило), исходя из условий:

II. Расчет номинального значения магнитного потока ГПТ.

Номинальное значение Ф_НГ магнитного потока ГПТ в справочной литературе обычно не приводится. Его определяют по формулам:

 

(Вб), , (1.5)

где - номинальное значение коэффициента ЭДС ГПТ, его конструктивный коэффициент и входящие в его формулу обмоточные данные ГПТ.

, (2.5)

где - номинальное значение тока якорной цепи ГПТ и ее сопротивление. Последнее можно определить по формуле (3.2).

Рабочая температура нагрева обмоток ГПТ общепромышленного назначения t_НАГР=+75⁰С. Если нет данных для определения R_ЯГ, то его можно определить по:

при рабочей температуре.

 

Рис. 2.5. Семейство статических характеристик системы Г-Д.

III. Расчет основной характеристики w(I), w(М).

Под основной понимается характеристика системы Г-Д, полученная при соблюдении условий:

Графики характеристик w(I), w(М) системы Г-Д (рис.2.5) при известных допущениях являются линейными /1/, поэтому их можно построить по двум расчетным точкам, которые имеют координаты в осях w(I), w(М):

1 точка: w=w_ОН, I=0, М=0;

2 точка: w=w(М), М=М_Н;

или w=w(I_H), I=I_Н;

Скорость w_ОН (и.х.х.) на основной характеристике:

где - номинальные значения ЭДС якоря генератора и коэффициента ЭДС ДПТ, последний определяется по формуле (2.2).

Координаты второй расчетной точки:

М_Н определяется по формуле (42)

Суммарное сопротивление якорной цепи:

.

Сопротивления следует привести к рабочим температурам (t_НАГР=+75⁰С, серии П,П2, 2П или t_НАГР=+115⁰С, серии Д)

IV. Рассчитать регулировочные характеристики w(I), w(М) в нижнем поддиапазоне регулирования скорости

Указанные характеристики получаются при условиях:

Будем считать, что известно значение магнитного потока (Вб) генератора и известно значение .

Характеристики рассчитываются по формуле:

где Е_Г – ЭДС якоря ГПТ, соответствующая магнитному потоку :

,

где коэффициент С_ЕГ определить по (1.5).

Если требуется определить значение , обеспечивающие работу системы Г-Д в точке регулировочной характеристики с заданными координатами w₁, М₁. (точка 1 на рис.2.5), задача решается следующим образом:

а) Определяется Е_Г1, соответствующая работе привода в заданной точке:

;

или

Скорость и.х.х. на регулировочной характеристике:

б) Требуемое значение магнитного потока генератора Ф_Г1:

По кривой намагничивания ГПТ и найденному Ф_Г1 определяется ток возбуждения генератора I_ВГ1, соответствующий заданной точке работы. (См., например, рис.3.2, Тема 2)

Добавочное сопротивление, которое необходимо включить в цепь ОВГ для обеспечения найденного тока:

В случае питания ОВГ от тиристорного возбудителя, на ОВГ необходимо подать напряжение:

,

где R_ОВГ – сопротивление ОВГ, приведенное к его рабочей температуре, см. формулу (3.2)

В табл. 1.5. приведены данные (относ.ед.) для построения кривой намагничивания ГПТ.

Таблица 1.5.

Универсальная кривая намагничивания ГПТ.

iВ	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	0,60	0,70	0,80	0,90	1,00	1,10	1,20	1,30
j	0,17	0,35	0,50	0,62	0,73	0,82	0,88	0,93	0,97	1,00	1,03	1,05	1,07

Здесь:

Ф_НГ определяется по формуле (1.5). Используя данные табл.1.5, строится кривая намагничивания ГПТ .

 

V. Расчет регулировочных характеристик w(I), w(М) в верхнем поддиапазоне регулирования скорости.

В указанном режиме ДПТ работает при условиях: , Е_Г=Е_НГ.

Методика решения прямой и обратной задач изложена в описании п.2В (см. тему 2). При использовании приведенных формул (6.2) следует в них подставить: (рис.2.5).

 

VI. Расчет нагрузки гонного (сетевого) двигателя системы при известной нагрузке на валу ДПТ

Если в качестве сетевого двигателя используется АДКЗР, его электромагнитный момент определяется по формуле:

,

где М_ХХ – момент холостого хода АД, методику расчета которого см. пункт №9 тама 4.

Вращающий момент на валу Ад /14, с.232/:

где - скорость идеального х.х. ДПТ на i-ой регулировочной характеристике;

М_С – см. рис.1.5. (М_С=М₁), w₁=w₀(1-S) – скорость вала гонного двигателя.

Скольжение гонного двигателя:

где - относительная скорость вращения ДПТ;

- относительное сопротивление цепи якоря;

- номинальное сопротивление ДПТ.

- относительный момент ДПТ.

w_ОН – скорость и.х.х. на основной характеристике (рис.2.5.)

Известна другая методика расчета нагрузки гонного двигателя в системе Г-Д /15,с68/.

 

VII. Расчет параметров структурной схемы.

Структурная схема разомкнутой системы Г-Д при Ф_НД показана в /1,с295, рис.5.5.б/, в которой принято Т_ТВ=0 (в силу ее малости, ибо Т_ТВ=0,005¸0,01с). Принято также обозначение

где - коэффициент усиления по напряжению: общий, тиристорного возбудителя и генератора;

К_НД – коэффициент ЭДС ДПТ, соответствующий Ф_НД, определяется по формуле (2.2).

Коэффициенты усиления К_ТВ и генератора К_ГУ определяются по формулам:

где DЕ_Г, DU_ВГ – приращения ЭДС генератора и напряжения на его ОВ. Последние берутся на кривой в окрестности точки рабочего режима ГПТ. Указанная характеристика должна быль рассчитана и построена с помощью кривой намагничивания ГПТ (табл.1.5.) и формул:

,

Методика расчета кривой Е_Г=f(U_ВГ) следующая:

1. Стоят кривую намагничивания генератора Ф_Г(I_ВГ).

2. Задаются токами возбуждения I_ВГ (8¸10 значений)

3. Рассчитывают напряжения на ОВГ (см. формулу выше)

4. По кривой намагничивания определяют потоки Ф_Г

5. Рассчитывают ЭДС генератора Е_Г (см. формулу выше)

6. Строят кривую Е_Г=f(U_ВГ) и определяют К_ГУ в окрестности точки А рабочего режима (рис.3.5)

Приращение DЕ_Г, DU_ВГ берут на касательной к точке А.

 

 

 

Рис. 3.5. К пояснению методики расчета коэффициента усиления ГПТ.

Из рис. 3.5. видно, что К_ГУ=var. При упрощенных расчетов можно определить К_ГУ по формуле:

Тогда принимают К_ГУ=const.

 

Структурная схема система Г-Д при питании ОВГ от сети постоянного тока (рис. 1.5) и показана на рис.4.5.

 

 

 

Рис. 4.5. Структурная схема системы Г-Д.

Модуль жесткости характеристики w(М):

,

где - момент короткого замыкания и скорость и.х.х. на i-ой регулировочной характеристике при Ф_Д=Ф_НД.

Электромагнитная постоянная времени якорной цепи

,

где индуктивности определяются по формуле (8.2) (Тема 2) Постоянные времени Т_ВГ, Т_М определяются по формулам 9.2, 11.2 или 12.2

IIX. Расчет энергетических показателей системы Г-Д в установившемся режиме работы.

КПД системы определяют по известной формуле:

,

где Р – мощность на валу ДПТ; Р₁ – мощность, потребляемая из сети АД; DР_S - суммарные потери мощности в электрических машинах.

(кВт)

Методика определения потерь мощности (и энергии) в двигателе DР_Д и генератора DР_Г изложена в /15, с.66/, а потерь мощности в АД - в пункте 8 тема 4 настоящей методички.