Реферат: Построение и расчет статических характеристик электропривода системы генератор-двигатель системы Г-Д
Министерствообразования и Науки УкраиныТема проекта:
«Построение и расчет статическиххарактеристик электропривода системы генератор-двигатель системы Г-Д»
Содержание
1. Исходные данные
2. Описание работыэлектропривода системы генератор-двигатель
3. Выбор генератора
4. Расчет ипостроение статических характеристик электропривода
5. Определениединамических параметров для электродвигателя
6. Определениекоэффициента форсировки
7. Расчет резисторовв цепи обмотки возбуждения генератора
7.1 Определение сопротивленияразрядного резистора R4
7.2 Определение сопротивлениярезисторов R1, R2, R3
Заключение
Список использованной литературы
1. Исходные данные(вариант №5)
1. Типэлектродвигателя Д-32
2. Номинальнаямощность Рном 12 к Вт
3. Номинальнаяскорость nном 770 об/мин.
4. Номинальный ток Iном 65 А
5. Суммарное сопротивлениеэлектродвигателя Rя.д.+Rдп.д. 0,28 Оm
6. Число активных проводников Wя.д. 558
7. Число параллельных ветвей якоря 2а 2
8. Число полюсов 2р 4
9. Момент инерции якоря Jд 0,425кг·м2
10.Коэффициентинерции привода Кj 1,6
11.Коэффициентнагрузки привода Кз 1
2. Описание работыэлектропривода системы генератор-двигатель
Схема управления силовойчастью системы Г-Д (рисунок 2.1) обеспечивает две рабочие скорости вращениядвигателя М1: основную (номинальную) wдном и половинную, равную 0,5wдном.Управление системой осуществляется с помощью командоаппарата S5, имеющего пятьположений. Когда S5 находится в положении 1, двигатель М1 работает на основнойхарактеристике, переключение в положение 2 обеспечивает вращение двигателя споловинной скоростью. В положении 3 обмотка возбуждения генератора LG1.2отключена. В положениях 4 и 5 двигатель М1 вращается в противоположномнаправлении (реверс) соответственно с половинной и основной скоростью. Приноминальной скорости вращения электродвигателя М1 в цепь возбуждения генератораLG1.2 включены резисторы R1 и R2, при половинной скорости – R1, R2, R3. Пускэлектродвигателя осуществляется с форсировкой возбуждения генератора,выполняемой закорачиванием на время переходного процесса резисторов R2 и R3контактами контактора К5. Отключение форсировки выполняется с помощью реле напряженияК6 и К7, включенных на шины генератора G1 и настроенных на напряжениясрабатывания, соответствующие значениям выбранной скорости двигателя. Остановэлектродвигателя происходит при переводе командоаппарата в положение 3, приэтом гашение энергии магнитного поля возбуждения генератора осуществляется вразрядном контуре «обмотка возбуждения LG1.2 – разрядное сопротивление R4».
Схема обеспечивает рядзащит электропривода:
- от снижения токавозбуждения двигателя ниже допустимого – с помощью реле обрыва поля К9;
- от превышениянапряжения генератора выше допустимого – реле К8;
- максимальнуютоковую защиту – реле К11;
- нулевую защиту(от самозапуска ЭП после кратковременного исчезновения напряжения в сетипеременного тока) – реле К1.
Всереле защиты воздействуют на реле нулевой защиты К1, отключающее обмоткувозбуждения генератора.
/>
Рисунок2.1 – Схема электрическая принципиальная системы Г-Д
3. Выборгенератора
Выборгенератора производится по номинальным данным двигателя, при этом номинальноенапряжение генератора должно быть приблизительно на 5% больше напряжениядвигателя, а
Iн.г.Iн.д. (3.1)
где Iн.г.,Iн.Д. – номинальный ток соответственно генератора идвигателя, А.
Всоответствии с выше переведенными рекомендациями я выбрала такой генератор:
1. Тип генератора П71
2. Номинальный токгенератора Iн.г. 69.5 А
3. Число витков обмотки якоря Wя.г.297
4. Сопротивлениеякоря Rя.г. 0,224 Ом
5. Число витков обмотки последовательноговозбуждения WО, В.г. 14
6. Сопротивление ОПВRо.вз… г 0,0115 Ом
7. Число витков обмотки возбуждения Wв.г.950
8. Сопротивлениеобмотки возбуждения Rв.г. 43 Ом
9. Номинальноенапряжение Uн.г. 230 В
10.Номинальная скорость nн.г.1450 об/мин
11.Число парполюсов 2р 4
12.Числопараллельных ветвей 2а 4
Таблица3.1- Кривая намагничивания генератора
F, A 1000 2000 3000 4000 5000 6000 8000 Ф, Вб 0,0031 0,0053 0,00687 0,0081 0,0088 0,0094 0,0103/>
Рисунок 3.1 – Графикзависимости Фг.н.=f(Iв.г.н.)
Построим характеристикуЭДС холостого хода генератора /> при номинальной скорости вращения генератора />. ЭДС холостого ходагенератора определяем по соотношению:
/>,(3.2)
где Eг. –ЭДС генератора, В;
Кг. – конструктивный коэффициентгенератора;
Фг. – потоквозбуждения, Вб;wг.н. – номинальная угловая скоростьвращения якоря генератора, рад/с.
/> (3.3)
где n – номинальнаяскорость генератора, об/мин.
Конструктивныйкоэффициент генератора Кг определяется по формуле:
/>/>, (3.4)
где Wя – числовитков обмотки якоря генератора;
р – число пар полюсов обмоткивозбуждения генератора;
а – число параллельных ветвей обмоткиякоря генератора.
Ток возбуждениягенератора Iв.г, А:
/>, (3.5)
где F – магнитодвижущаясила, А;
Wов.г. – число витков обмотки возбуждения генератора.
/>/>
Результаты расчетов для построения зависимости /> свести в табл. 3.2
Таблица 3.2– Расчет характеристики холостого хода генератора
Iв.г.,A
1,052 1,95 2,105 3,157 4,21 4,68 5,263 6,315 8,421 12,631Eг., A
89 144,79 151,16 197,23 232,54 242,72 252,64 269,87 295,71 321,54/>
Рисунок 3.2 –Характеристика ЭДС холостого хода генератора
4.Расчет и построение статических характеристик электропривода
Статическиехарактеристик (электромеханическая f(IЯ) имеханическая f(М) ) рассчитываются по известным соотношениямдля двигателя постоянного тока независимого возбуждения:
/> (4.1)
/> (4.2)
где КД.– конструктивный коэффициент двигателя;
ФН… Д. – номинальный поток его возбуждения, Вб;
/> - суммарное сопротивлениеякорной цепи, Оm.
Суммарное сопротивление якорной цепи RяS определяется суммойвсех сопротивлений элементов силовой цепи, включенных последовательно с якоремгенератора:
/>= КТ·(RЯД + RДПД+ RЯГ+ RПР+ RДПГ) + 4RЩ, (4.3)
/>=КТ·(RЯД + RДПД) + 2RЩ, (4.4)
где КТ – температурный коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления принагреве, КТ – 1,24;
RЯД, RЯГ<sub/>– сопротивление якорной цепи двигателя и генератора,Оm;
RДПГ,RДПД – сопротивление дополнительных полюсов генератора идвигателя, Оm;
RЩ – сопротивление щеточных контактов, Оm;
RПР – сопротивление соединительныхпроводов, Оm.
/> (4.5)
где UЩ – падение напряжения в щеточных контактах, считаемнеизменным 1В.
При определении Rпр длину соединительныхпроводов принять – l=25 м, провода считать медными:
/> (4.6)
где ρ- удельное сопротивление Ом×мм2/м (для меди r = 0,017);
l – суммарная длина соединительных проводов, м;
j –допустимая плотность тока, j = 4 А/мм2
IН.Д. – ток якорной цепи системы Г-Д, А
/>; /> Оm;
Окончательноесуммарное сопротивление якорной цепи будет иметь вид:
/>=1,24(0,00805+0,00655+0,00077+0,00309)+4*0,00145=0,902Оm;
/>=1,24·0,28+2·0,0153=0,0129Оm;
Произведение(КД.·ФН.Д.)определяем по паспортным данным двигателя:
/>, (4.7)
/> - номинальная угловая скорость вращения двигателя
/> />, (4.8)
/>,
Статическиймомент сопротивления находится из соотношения:
МС=КЗ·<sub/>МЭМ.Н= 1·148,88 = 148,88, (4.9)
где КЗ– коэффициент нагрузки;
МЭМ.Н. – номинальный электромагнитный момент двигателя М1, Н·м.
/>/>, (4.10)
Номинальныймомент на валу двигателя:
/>/>, (4.11)
где РН.Д.– номинальная мощность, Вт
Дляобеспечения необходимой скорости вращения двигателя ЭДС генератора должнапревышать ЭДС двигателя на величину падения напряжения в сопротивлении якорнойцепи:
ЕГ=(КД.· ФН.Д.)·Н.Д.IЯ.·RЯ .12
где IЯ. – ток двигателя, А.
Токстатической нагрузки, А:
IЯ.= IН.Д.·<sub/>КЗ.=65·1=65, (4.13)
ЕГ=2,43·80,6+65·0,724=242,723 В,
Дляпостроения статических характеристик двигателя необходимо знать всего дветочки, так как они представляют собой прямую линию. В качестве таких точекудобно принять точки:
1 Точка идеальногохолостого тока (М=0, Iя=0),
2 Точка, в которойМ=МС со скоростью вращения Н.Д.
3 Точка, в которойIя.= IН.Д. со скоростью вращения Н.Д.
/>,
/>,
/>,
Такжене обходимо построить статические характеристики при ЭДС генератора работающейпри половиной скорости от номинальной.
ЕГ/0,5=( КД.· ФН.Д.)·Н.Д/2.IЯ.·RЯ В .15
ЕГ/0,5=2,43·40,3+65·0,721=144,794
/>,
/>,
/>,
Расчетестественной характеристики:
/>,
/>,
/>
/>
Рисунок 5.1- Электромеханическиехарактеристики систем Д-Г и Д
/>Рисунок 5.2- Механические характеристики систем Д-Г иД
5.Определение динамических параметров для электродвигателя
Динамическиминазываются параметры, определяющие характер протекания переходных процессов.
Прирасчете пренебрегают электромагнитной инерционностью якорной цепи, реакциейякорей генератора и двигателя, влиянием вихревых токов с учетом этих допущенийк динамическим параметрам системы генератор-двигатель относятся:
1 Электромагнитная постояннаявремени обмотки возбуждения генератора
/> (5.1)
2 Электромеханическаяпостоянная времени электропривода — ТМ
/>, (5.2)
где JД– приведенный к валу двигателя эквивалентный момент инерции всей системы ЭП, кг×м2
JД=KJ·JД.=2·10,25=20,5, (5.3)
где KJ– коэффициент инерции привода;
JД– момент инерции якоря привода, кг·м2.
/>,
где LВСР – индуктивность обмотки возбуждения,Гн;
RВГ — активное сопротивление обмоткивозбуждения, Оm.
Индуктивностьобмотки возбуждения является переменной величиной и зависит от токавозбуждения. Пользуясь кривой намагничивания ФГ=f(F), найдемзависимость LB=f(IВ.Г.) по формуле:
/>, (5.4)
где ФН.Г,IВГ.Н – номинальное значение потока и тока возбуждения генератора;
н– коэффициент рассеивания магнитного потока при номиналом режиме. н= 1,1.
Расчетыпо формуле (5.4) удобно свести в таблицу 5.1
Таблица5.1- Расчет индуктивности обмотки возбуждения
ΔIВГ
ΔФН.Г
ΔФН.Г/ΔIВГ
/>
(3)+(4)(5)×2рWов.г.
IВСРj
1,052 0,0031 0,00208 0,00027 0,0023 12,22 0,526 1,053 0,0022 0,00149 0,0017 8,74 1,57 1,052 0,00157 0,00168 0,00195 6,46 2,631 1,053 0,00123 0,000647 0,00091 7,41 3,68 1,053 0,0007 0,000855 0,0011 3,45 4,73 1,052 0,0009 0,000427 0,00069 4,18 5,78 2,106 0,0009 0,000213 0,0004 2,62 7,36 4,21 0,0009 0,00294 0,0032 1,52 10,52Поданным таблицы 5.1 строимзависимость />.
/> (5.5)
/>
Рисунок 5.1-Расчет LВ.СР.
LВСР= 7,9 Гн,
/>.
6. Определениекоэффициента форсировки
Для сокращениядлительности переходного процесса в системе генератор-двигатель используетсяметоды форсированного изменения тока возбуждения. Как правело, форсировкавозбуждения осуществляется за счет приложения повышенного напряжения UCк цепи возбуждения генератора на период разгона двигателя до основной скорости.
UC=KФ··UВ, (6.1)
где KФ– коэффициент форсировки;
UВ – напряжение на обмотке возбуждения генератора вустановившемся
режиме,В.
UВ=IВГН··RВГ=4,68·43=201,24, (6.2)
Предварительноезначение коэффициента форсировки определяем из условия, что K1 вовремя форсировки закорочено, и максимальный ток якоря Iя мах вовремя пуска не превысит допустимого IДОП=2,25·IД.Н.= 146,25 А.
/> (6.3)
где IКЗ– ток КЗ при ЭДС генератора, обеспечивающей номинальную скорость вращениядвигателя, А.
IКЗ=ЕГ1/RЯ=242,7/0,721=336,615, (6.4)
где ЕГ1-ЭДС генератора, обеспечивающая основную скорость вращения двигателя, В.
IС=КЗ·IНД=1<sub/>·65=65, (6.5)
где IС – ток статической нагрузки, А
/>,
UC = 1,23<sub/>·201,24=247,52 В,
Принимаем ближайшеебольшее стандартное значение UC. Данное условие удовлетворяет нашимусловиям так как UC =440.
7. Расчет резисторов вцепи обмотки возбуждения генератора
7.1 Определениесопротивления разрядного резистора R4
При выборе разрядногорезистора R4 необходимо выполнить два условия.
Во-первых, допустимоеперенапряжение на обмотке возбуждения генератора в момент ее отключения,находящейся под номинальным током, не должно превышать десятикратногономинального напряжения возбуждения, т.е.
I н.г×R4 £ 10×Uг.н. (7.1.1)
С учетом (2.32) для величинысопротивления R4 можно записать первое условие:
R4 £ 10×Uвн / Iвгн, (7.1.2)
или:
R4 £ 10×Rвг. (7.1.3)
Во-вторых, максимальноезначение тока якорной цепи при этом не должен превышать допустимого по условиямкоммутации:
Iяmax £ kIд.н, (7.1.4)
где k – коэффициентперегрузки по току, k=2,28.
Для расчета R4 пользуютсяупрощенной зависимостью:
/>, (7.1.5)
где Тво –постоянная времени обмотки возбуждения при ее отключении,
Тво=Lвср/(Rвг+R4),c.
С учетом условия (6.1.4)выражение (6.1.5) преобразуется к виду:
/>, (7.1.6)
где n=R4/Rвг.
Из (7.1.6)найдем n, для этого сначала найдем левую часть равенства:
/>
/>
Теперь из равенства(7.1.6) найдем n, методом подбора
/>
Таблица 7.1.1-опредиленеи n:
n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,42 0,486 0,524 0,559 0,588 0,612 0,184 0,652 0,668/>
Рисунок 7.1.1-Графикзависимости /> =f(n)
R4=n·Rв.г.=7,79·43=335Ом
7.2 Определениесопротивления резисторов R1, R2, R3
Резистор R1 прифорсированном пуске служит для гашения избытка сетевого напряжения (напряжениегенератора-возбудителя) В,
Uизб = Uс – Кф×Uвр. (7.2.1)
Uизб=440-1,22·201,24=194,5
Сопротивление резистора R1можно определить по формуле
/>, (7.2.2)
где Iвф, А –установившееся значение тока в цепи возбуждения при форсировке;
Iвф = Кф×Iвг +IR4, (7.2.3)
где IВГ,A – ток возбуждения генератора прифорсировке:
IВГ=КФ· Iвг=1,22·4,68=5,709,
где IR4, А – ток вразрядном сопротивлении R4, определяемый соотношением
IR4=Кф×Uвр/R4=247,52/335=0,732, (7.2.4)
Таким образом ток в цепивозбуждения при форсировке, A:
Iвф=5,709+0,732=6,44,
Сопротивление резистора:Ом
/>,
Уточненноезначение R1 определяют по формулам:
/> (7.2.5)
Где: />, (7.2.6)
/>, (7.2.7)
Таблица 7.2.1 – опредилениесопротивления R1
R1 Kф’ Iя max 30,19 1,22 178 40 1,067 163 44 1,015 160 45,3 0,999 158/>, (7.2.8)
Учитываем то, что К ‘фне должно быть больше единицы, поэтому R1=45,3 Ом (выбираем из условия приК ‘ф=1). В этом случае форсировка будет реализованапосредством постоянно включенного сопротивления R1, а сопротивление R2 будетотсутствовать.
Сопротивление резистора R3находят из условия получения половинной скорости вращения двигателя:
/>, (7.2.9)
где Iвг0,5 –ток возбуждения генератора, обеспечивающий половинную скорость вращения, А. Iвг0,5=1,98
/>.
ЗаключениеЦелью данного курсового проектабыло закрепление и углубление теоретических знаний по электромагнитным иэлектромеханическим свойствам машин постоянного тока, а также изучение физическихявлений в системе генератор-двигатель (Г-Д) при переходных режимах, овладение аналитическимметодом расчета переходных процессов (п.п.) в нелинейной электромеханическойсистеме электропривода (ЭП) и исследование влияния параметров системы нахарактер переходных процессов.Управлениепо системе «генератор – двигатель» выгодно отличается тем, что оно не требуетприменения силовых контакторов, реостатов и т. п. Поскольку управлениедвигателем осуществляется путем регулирования сравнительно небольших токоввозбуждения, оно легко поддается автоматизации. Независимое возбуждениегенератора обеспечивает широкое, плавное и экономичное изменение напряжения назажимах якоря двигателя.
Недостатками даннойсистемы являются низкое к.п.д., большая установленная мощность из-за наличиятрех машин.
Список источниковинформации
1. Чиликин М.Г. и др. Основыавтоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1974. –567 с.
2. Ключев В.И. Теорияэлектропривода: Учеб. для вузов. –М.: Энергоатомиздат, 1985. –560 с.
3. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А.Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. –М.: Наука. Гл. ред.физ.мат. лит., 1981. –720 с.
4. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основыэлектропривода. –М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. –722 с.
5. Попович М.Г., Борисюк М.Г., ГаврилюкВ.А. та ін. Теорія електропривода. –К.: Вища шк… 1993. –494 с., іл.
6. Методическиеуказания по выполнению курсового проекта по курсу «Теория автоматизированногоэлектропривода» для студентов специальностей 7.092203 (7.092206, 7.090803)/Сост. Клепиков В.Б., Горохов А.Г., Шамардина В.Н., Касторный П.М. – Харьков:НТУ «ХПИ», 2003. — с.