Порядок расчета механических и электромеханических характеристик

 

К основным техническим параметрам (паспортным данным) ДПТ НВ относятся:

· номинальная мощность Р_НОМ, кВт;

· номинальное напряжение U, В;

· номинальная линейная скорость вращения n_НОМ, об/мин;

· номинальный КПД η_НОМ, % или относительных единицах.

 

Построим естественные и некоторые искусственные характеристики ДПТ НВ.

 

Существует два вида характеристик:

1) характеристики в именованных единицах;

2) характеристики в относительных единицах.

 

Для того чтобы построить естественные характеристики достаточно знать координаты двух точек. Первая точка соответствует режиму холостого хода (М=0 (I=0); ω=ω₀). Вторая точка соответствует номинальному режиму (М=М_НОМ (I=I_НОМ); ω=ω_НОМ).

 

По имеющимся паспортным данным ДПТ НВ определим значения следующих величин

 

1) Номинальный ток якоря I_ном

 

I_ном= P_ном/ U_ном η_ном

 

Где Uном- номинальное напряжение сети

 Pном- номинальная механическая мощность на валу двигателя.

ηном- номинальный к.п.д. двигателя

 

2) Номинальная угловая скорость

 

ω_ном = 2πn_ном/ 60

 

где n_{ном -} номинальная линейная скорость вращения.

 

3) Номинальный электромагнитный момент

 

М_ном = kФI_ном

 

Величина kФ является неизвестной. Для ее определения обычно используется соотношение E_ном = kФ ω_ном

Но с другой стороны Е_ном = Uном- R_яI_ном

Тогда

kФ=(Uном- R_яI_ном)/ ω_ном

 

В различных справочниках сведения о сопротивлениях обмотки якоря R_я могут быть приведены, а могут отсутствовать. Предположим, что эта величина отсутствует. В этом случае сопротивление R_я определяют, принимая, что половина всех потерь в двигателе при номинальной нагрузке равна потерям в меди, т.е.

 

R_я = 0,5(1- η_ном)U_ном/I_ном

 

4) Угловая скорость идеализированного холостого хода

ω₀ = U/kФ

Таким образом, определив координаты обеих искомых точек, легко в выбранном масштабе построить естественные характеристики ω = f(I) и ω = f(М) в именованных единицах (рисунок 1)

Рисунок 1 – Естественная 1 и реостатная 2 характеристики ДПТ НВ в именованных единицах

 

Данные для расчета:

Мощность, кВт	Напря­-жение, В	Частота вращения, об/мин		КПД %	Сопротивление обмотки при 15°С, Ом			Индук-тивность цепи якоря, мГн
		номи-нальная	макси-мальная		якоря	добавочных полюсов	возбуж­дения
Тип 2ПН90МУХЛ4, 2ПН90МГУХЛ4
0,17	110	750	3000	47,5	5,84	4,40	610	128
	220	750	1500	48,5	27,2	16,2	162	514
0,25	110	1060	4000	56	3,99	2.55	610	78,7
	220	1120	2000	57	15,47	11.2	162	297
0,37	110	1500	3000	61,5	2,52	1,47	610	48
	220	1500	2250	61,5	10,61	6,66	162	190
0,71	110	2360	4000	69,5	1	0,54	470	18
	220	2360	3540	70	3,99	2,55	123	79
1	110	3000	4000	71,5	0,6	0,35	365	12
	220	3000	4000	72,5	2,52	1,47	92	48
Тип 2ПН90LУХЛ4, 2ПН90LГУХЛ4
0,2	110	750	3000	54	4,51	2,99	555	106
	220	800	1500	54,5	17,5	13,13	145	430
0,34	110	1060	4000	60	2,85	1,731	555	64,5
	220	1000	2000	60	12,2	7,96	145	264
0,55	110	1500	4000	67,5	1,3	0,932	432	33
	220	1500	4300	67,5	5,44	3,89	112	132
0,9	110	2000	4000	73	0,644	0,4	340	14,6
	220	2120	4000	73	2,85	1,731	87	64
1,3	110	3150	4000	76	0,355	0,257	340	8,2
	220	3150	4000	78	1,3	0,932	87	33
Тип 2ПБ90LУХЛ4, 2ПБ90МГУХЛ4
0,13	110	800	3000	49,5	7.48	4,79	810	173
	220	750	1500	47,5	34,0	20,37	222	694
0,18	110	1000	4000	54,5	5.41	3,47	810	122
	220	1000	2000	55,5	21,77	13,31	222	490

 

Контрольные вопросы:

1 Что относится к техническим параметрам ДПТ НВ?

2 Виды характеристик

3 Что нужно знать для построения характеристик?

4 Порядок расчета

 

Содержание отчета

Номер, тема и цель работы.

Решение задачи с пояснениями.

Ответы на контрольные вопросы.

 

 

Практическая работа № 6

Тема: Построение механических характеристик ДПТ ПВ

Цель: Рассчитать и построить естественную механическую и искусственную электромеханическую характеристики ДПТ ПВ.

Материалы и оборудование: чертежные принадлежности, методические указания.

Формируемые умения: У1 определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем:

Норма времени: 2 часа

 

Краткие теоретические сведения:

При увеличении сопротивления двигателя за счет введения добавочного сопротивления скорость двигателя уменьшается. Искусственные характеристики при введении в якорь добавочного резистора располагаются ниже естественной, причем, чем больше величина добавочного сопротивления, тем больше снижается скорость двигателя.

 

Таблица 1 Данные для расчетов

Вар.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Rд	0,1	0,15	0,2	0,26	0,3	0,34	0,4	0,05	0,4	0,22	0,45	0,5

Порядок выполнения работы:

Определим скорость и момент двигателя

ω_ном=(2π n_ном)/60

 

М_ном=Р_ном/ ω_ном

 

Используя универсальные характеристики ДПТ ПВ заполнить таблицу 2

 

I*	0,4	0,8	1,2	1,6	2
M*
ω*
I
M
ω
ωи

 

I_*= I/ I_ном; M_*=М/М_ном; ω_*= ω/ ω_ном

 

По полученным данным построить естественную механическую характеристику ω=f(М)

 

Рассчитать и построить искусственную электромеханическую характеристику ω_и=f(I)

Уравнение искусственной электромеханической характеристики имеет вид:

                                                                    

Содержание отчета

Номер, тема и цель работы.

Решение задачи с пояснениями.

Вывод

 

 

Практическая работа № 7

Тема: Расчет пусковых сопротивлений двигателя ДПТ ПВ

Цель работы: Изучить методику расчета и вычислить пусковые сопротивления ДПТ с ПВ

Материалы и оборудование: чертежные принадлежности, методические указания.

Формируемые умения: У1 определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем:

Норма времени: 2 часа

 

Основные сведения

 

Пуск двигателя постоянного тока прямым включением его на напряжение сети допустим только для двигателей небольшой мощности. При этом пик тока в начале пуска может быть порядка 4 — 6-кратного номинального. Прямой пуск двигателей постоянного тока значительной мощности совершенно недопустим, потому что начальный пик тока здесь будет равен 15 — 50-кратному номинальному. Поэтому пуск двигателей средних и больших мощностей производят при помощи пускового реостата, который ограничивает ток при пуске до допустимых по коммутации и механической прочности значений.

Пуск двигателя производят с пусковым сопротивлением, также включенным последовательно в цепь якоря. После пуска это сопротивление выводят, и машина продолжает работать в номинальном режиме на своей естественной характеристике.

Наиболее распространенным методом определения пусковых сопротивлений этих двигателей является метод лучевой диаграммы (рисунок 12) который заключается в следующем.

 

Задавшись, как и для двигателей параллельного возбуждения, значениями максимального и минимального пусковых токов, находим на естественной электромеханической характеристике

 

Для построения пусковой диаграммы необходимо задаться максимальным пусковым током

и током переключения (минимальным пусковым током)

точки д и е соответствующие этим токам. Через точки д и е проводим прямую и продолжаем ее во второй квадрант координатой плоскости.

 

В момент пуска общее сопротивление цепи якоря RОБЩ двигателя (точка а) будет

С другой стороны,

откуда пусковое сопротивление

По значению включенного в цепь якоря пускового сопротивления rП определяем скорость ωБ, до которой двигатель разгоняется на первой пусковой характеристике (от точки а до точки б), пока ток уменьшается от максимального значения I1 до тока переключения I2:

где ωЕ – скорость двигателя на естественной характеристике при токе I2 (соответствующая точке е).

 

Через точки а и б проводим прямую до пересечения с продолжением отрезка де в точке к. Воспользовавшись этой точкой, строим пусковую диаграмму, из которой определяем число пусковых ступеней (в нашем случае две). Лучи, выходящие из точки к, между точками I1 и I2 определяют собой спрямленные отрезки пусковых электромеханических характеристик двигателя.

 

Для некоторого постоянного значения тока и, следовательно, постоянного потока уравнения электромеханической характеристики двигателя для сопротивлений rДВ и RОБЩ можно записать так:

Вычтя из первого уравнения второе, получим

Для тока I1 уравнение (68) примет вид

Найдя масштаб сопротивлений

определим значение сопротивлений пусковых ступеней

Согласно варианта рассчитать пусковые сопротивления

Сделать вывод и ответить на контрольные вопросы

 

Контрольные вопросы:

1 Особенность ДПТ ПВ

2 Что называют естественной механической характеристикой?

3 Назначение пусковых реостатов

 

Содержание отчета

Номер, тема и цель работы.

Данные своего варианта и схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

Практическая работа № 8

 

Тема: Определение параметров АД по маркировке и паспортным данным

Цель: Определить параметры трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Материалы и оборудование: справочные данные по двигателям, методические указания.

Формируемые умения: У1 определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем:

Норма времени: 2 часа

 

Теоретические сведения

 

В настоящее время перед потребителем часто встает вопрос - как расшифровать маркировку электродвигателя. Раньше такой вопрос практически не стоял из-за того, что маркировка электродвигателей не различалась в зависимости от завода-производителя и регламентировалась нормативными документами.
Основные типы двигателей назывались А, А2, АО2, 4А, 4АМ. Отличались по маркировке электродвигатели производимые в странах СЭВ, например, в Болгарии вместо маркировки 4АМ использовалась "МО" и вместо 4АМН - "М".

Сейчас многие заводы-изготовители использует свою маркировку. Приведем основные типы обозначений марок общепромышленных низковольтных асинхронных электродвигателей разных производителей.

Маркировка состоит из нескольких основных частей:

1. Марка

2. Признак модификации

3. Высота оси вращения

4. Установочный размер по длине станины

5. Длина сердечника

6. Число полюсов

7. Признак по назначению (конструктивная модификация)

8. Климатическое исполнение

9. Категория размещения

1. Марка электродвигателя (электродвигатели всех марок одинаковы по присоединительным размерам и в большинстве случаев, при прочих равных условиях, взаимозаменяемы, т.е. если у вас установлен двигатель АДМ90L2У3, то его можно заменить на электродвигатель марки АД90L2У3, А90L2У3 или АИР90L2У3):

- во времена Советского Союза

- с 1949 г. - А (IP23), АО (IP44)
- с 1961 г. - А2 (IP23), АО2 (IP44)
- с 1975-1980 - 4А (IP44), 4АН (IP23), 4АМ (IP44), 4АМН (IP23)
- с 1985-1995 - АИР (IP44, IP54), 5АН (IP23), 5АМН (IP23)

- в настоящее время: АИР, А, 5А, 5АМ, 5АМХ, АД, АДМ, АИРМ, (АО3, АО4 выпускаются ЗАО "БЭМЗ"):

2. Признак модификации (может применяться одновременно несколько обозначений в одной марке, ниже приведен не полный перечень).

· С - с повышенным скольжением

· Е, 3Е, ЕУ - однофазный двигатель

· В - встраиваемый

· П – пристраеваемый

· М - модернизированный

· Х - с алюминиевой станиной

· К - с фазным ротором

· Р - с повышенным пусковым моментом

· Ф - с принудительным охлаждением

3. Высота оси вращения.

В соответствии с ГОСТ13267, ряд высот оси вращения - 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 132, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355.

4. Установочный размер по длине станины.

По возрастанию: S, M, L. (от английских слов: Short, Medium, Long)
Также возможно отсутствие обозначения при единственном установочном размере по длине станины в одной высоте оси вращения.

5. Длина сердечника при одном и том же установочном размере.

По возрастанию: А, В, С.

6. Число полюсов (или частота вращения).

2, 4, 6, 8, 10, 12 или в случае многоскоростных электродвигателях: 2/4, 8/6/4, и т.д.

7. Признак по назначению (может применяться одновременно несколько обозначений в одной марке).

· Б - со встроенной температурной защитой

· Б1 - с датчиком температуры подшипника

· Б2 - с датчиком и конденсаторным подогревателем

· Е - со встроенным тормозом

· Е2 - с тормозом с ручным растормаживающим устройством

· Ж, Ж1, Ж2 - со специальным выходным концом вала

· РЗ - для мотор-редукторов

· Ш - для промышленных швейных машин (также применяется в марке 5АН для специального исполнения по конструкции для насосов)

· П - повышенной точности по установочным размерам

· Ф - хладономаслостойкое обозначение

· А - для атомных электростанций

· Х2 - химостойкие

· Л - для лифтов

· С - для станков-качалок

· СШ - для сушильных шкафов

· Н - малошумные

· К - по нормам CENELEK

· и т.д.

Климатическое исполнение.

У, УХЛ, ХЛ, Т,... - смотрите ГОСТ15150.

Категория размещения.

1, 2, 3, 4,... - смотрите ГОСТ15150.

Для того чтобы заказать электродвигатель недостаточно указать правильную маркировку.
Необходимо указывать:

· IM - монтажное исполнение

· напряжение питания (220/380, 380, 380/660)

· IP - степень защиты (23, 44, 54, 55)

 

Порядок выполнения работы

1 Расшифровать марку двигателя, при необходимости воспользоваться любым электротехническим справочником

2 Определить мощность потребляемую двигателем Р₂, кВт

η = Р₂ /Р_ном

 3 Определить номинальное скольжение

s = (n₁ – n₂) /n₁

4 определить моменты М, Нм:

М_ном = 9,55Р₂ / n₂

М_мах

М_п

5 Определить пусковой ток, I_п, А

 

Контрольные вопросы:

1 Почему двигатель называют асинхронным?

2 Какое поле создается обмоткой статора асинхронного двигателя?

3 Назовите типы роторов АД.

 

Содержание отчета

 

1 Номер, тема и цель работы.

2 Данные своего варианта

3 Решение с пояснениями.

4 Ответы на контрольные вопросы

 

Практическая работа № 9

 

Тема: «Расчет и построение механических характеристик трехфазного АД»

Цель работы: Научится рассчитывать и строить механические характеристики трехфазного АД

Материалы и оборудование: справочные данные по двигателям, методические указания.

Формируемые умения: У1 определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем:

Норма времени: 4 часа

Краткие теоретические сведения:

АД типа МТН-312-6 имеет следующие данные:P_ном=17.5кВт, n_ном=945 об/мин, U_1ном =380В, f_1ном=50Гц, I_1ном=43A,­­­ Rc = 0.34 Oм, х₁= 0.43 Ом, R_p=0.12 Ом, x₂₌0.25 Ом, k= 2,66; λ_м=М_к/М_ном=2.5
Рассчитать и построить естественные электромеханическую и механическую характеристики двигателя.
Определяем скорость идеального холостого хода.
w₀=2πf_1ном/p=2*3.14*50/3=104.8 рад/с
Рассчитываем приведенные значения индуктивного и активного сопротивления обмотки ротора и индуктивное сопротивление короткого замыкания:

=0.25*7.08=1,8 Ом

=0.43+1.8=2.23 Ом

Опре деляем характерные точки характеристики ( (s)
I_кз=I_пуск=U_1ф/
s₁=-  = -0.89/0.34=-2.6
I_max=
220/ =98.4 A.
Для расчета электромеханической характеристики  используем формулу (5.3),подставляя в нее найденные значения параметров:

Расчет механической характеристики ведем по формуле (5.11) определяя вначале координаты точек номинального режима и критического момента:
ω_ном=πn_ном/30=3.14*945/30=99 рад/с
s_ном=(ω_0-ω_ном)/ω₀=(104.8-99)/104.8=0.07

М_ном=P_ном/ω_ном=17500/99=177Нм
М_к=λ_м­М_ном=2.5*177=442Нм
s_k= /  = 0.89/ =0,4
a=R_c/R`p=0.34/0.89=0.38
Расчет формула принимает вид:
М=2 +  = 1018/ +  +0,3
Задаваясь рядом значений скольжения s, рассчитываем значение тока и момента:

s		-3	-2.6	-0.5	0	0.07	0,4	1	1,5
ω	Рад / с	419,2	337	157,2	104,8	99	62,9	0	-52,4
	А	99,4	99,5	83,4	0	16,6	64,7	87,1	91,8
M	Нм	-120	-160	-582	0	177	442	316	234

Используя полученные данные построим естественные электромеханическую I (рис. 5.5а) и механическую 2 (рис.5.5б)характеристики.

Варианты заданий для практической работы:

U_1ном =380В, f_1ном=50Гц

Параметр	Варианты
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Рном, кВт	7,5	15	11	4	15	1,1	30	3,0	7,5	37
nном, об/мин	1440	2940	960	1420	720	2920	580	1430	730	575
λм=Мк/Мном	2,2	1,9	2,0	2,2	2,0	1,9	1,8	2,2	1,7	1,8
U1ном,В	380	380	380	380	380	380	380	380	380	380
2р	4	2	6	4	8	2	10	4	8	10
f1,Гц	50	50	50	50	50	50	50	50	50	50

4.Вопросы по практической работе:

1.Что называется электромеханической характеристикой АД?

2. Что называется механической характеристикой АД?

3.На какие характерные участки можно разделить график естественной механической характеристики асинхронного двигателя?

4.Перечислите характерные точки механической характеристики АД?

Содержание отчета

 

1 Номер, тема и цель работы.

2 Данные своего варианта

3 Решение с пояснениями.

4 Ответы на контрольные вопросы

 

 

Практическая работа № 10

 

Тема: Прямой пуск трёхфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, осуществление реверса

Цель: Исследовать прямой пуск трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и осуществить реверс

Материалы и оборудование: чертежные принадлежности, методические указания.

Формируемые умения: У1 определять электроэнергетические параметры электрических машин и аппаратов, электротехнических устройств и систем:

Норма времени: 2 часа

 

Теоретические сведения