Средние потери за цикл меньше допустимых потерь в номинальном режиме, двигатель перегреваться не будет.
2.3 Проверка выбранного двигателя на перегрузку при снижении напряжения
Pmax = 13 кВт - максимальная мощность двигателя по нагрузочной диаграмме;
Запишем условие работоспособности двигателя при снижении напряжения в питающей сети:
Подставим численные значения, получим:
Это условие выполняется, значит, двигатель будет работоспособен при снижении напряжения в питающей сети на 10%.
Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем поставленным условиям.
2.4 Расчет теплового состояния асинхронного двигателя
Найдем установившиеся превышения температуры по циклам нагрузки:
єС (2.8)
С
Аналогично рассчитаем превышения температуры для остальных этапов рабочего цикла и результаты расчетов сведем в таблицу.
Таблица 2.2 - Превышение температуры по интервалам рабочего цикла
|
Время работы на интервале, минут |
Потери на ступени, кВт |
Превышение температуры, градусы Цельсия |
|
|
7 |
2,657 |
115,88 |
|
|
14 |
1,071 |
46,72 |
|
|
10 |
1,834 |
80 |
|
|
13 |
0,94 |
41 |
|
|
6 |
0,642 |
28 |
Рассчитанные превышения температуры в течение трех рабочих циклов:
(2.9)
Для первого интервала первого цикла расчет распишем, а результаты остальных сведем в таблицу.
С
Таблица 2.3 - Результаты расчета теплового состояния двигателя.
|
Номер цикла |
Номер интервала |
Реальное превышение температуры |
|
|
1 |
1 |
29.316 |
|
|
2 |
37.008 |
||
|
3 |
51.658 |
||
|
4 |
47.2 |
||
|
5 |
42.953 |
||
|
2 |
1 |
61.402 |
|
|
2 |
54.913 |
||
|
3 |
63.462 |
||
|
4 |
54.068 |
||
|
5 |
48.302 |
||
|
3 |
1 |
65.398 |
|
|
2 |
57.143 |
||
|
3 |
64.932 |
||
|
4 |
54.923 |
||
|
5 |
48.968 |
По результатам расчета видно, что двигатель особенно сильно нагревается, если мощность нагрузки превышает его номинальную мощность.
Усредненная кривая нагрева строится по результатам аналогичного теплового расчета двигателя по интервалам циклов, только вместо потерь на интервале подставляем среднее значение потерь в двигателе. Результаты расчета сведем в таблицу:
Таблица 2.4 - Результаты расчета теплового состояния двигателя.
|
Номер цикла |
Номер интервала |
Усредненное значение превышения температуры |
|
|
1 |
1 |
15.008 |
|
|
2 |
34.595 |
||
|
3 |
43.022 |
||
|
4 |
49.84 |
||
|
5 |
51.938 |
||
|
2 |
1 |
53.807 |
|
|
2 |
56.246 |
||
|
3 |
57.295 |
||
|
4 |
58.144 |
||
|
5 |
58.405 |
||
|
3 |
1 |
58.638 |
|
|
2 |
58.941 |
||
|
3 |
59.072 |
||
|
4 |
59.178 |
||
|
5 |
59.21 |
Построим кривую нагрева двигателя, рассчитанную по нагрузочной диаграмме и усредненную кривую нагрева по результатам расчета средних потерь.
Рисунок 2.2 - Диаграмма потерь и кривая нагрева.
2.5 Расчет механических характеристик двигателя
Механическими характеристиками АД называют зависимости M=f(s) и n=f(M). Определим критическое скольжение, соответствующее максимальному моменту:
(2.10)
Номинальная частота вращения:
(2.11)
об/мин
Номинальный момент на валу
(2.12)
Н·м
Задавшись величиной скольжения s от 0 до 1,2 можно рассчитать зависимость M=f(S) и n=f(M), используя различные системы координат, построить механические характеристики выбранного асинхронного двигателя.
Полученные таким образом характеристики называют естественными.
Для расчета реостатных механических характеристик определим прежде всего сопротивление ротора двигателя:
(2.13)
Ом.
Номинальная частота вращения двигателя на реостатной характеристике (с учетом заданного снижения частоты):
(2.14)
об/мин
Соответствующее ей скольжение:
(2.15)
Добавочное сопротивление в цепи ротора:
(2.16)
Ом
Критическое скольжение на реостатной характеристике:
(2.17)
Зависимость момента от скольжения описывается упрощенной формулой Клосса:
- для естественной характеристики
- для реостатной характеристики
Зависимость частоты вращения вала от скольжения описывается формулой:
Результаты расчетов приведены в таблице 5.
Таблица 2.5 - Механические характеристики выбранного АД
|
S |
0 |
sн=0,045 |
0,1 |
0,2 |
sк=0,336 |
0,5 |
sр.к=0,678 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,2 |
|
|
n, об/мин |
1000 |
955 |
900 |
800 |
664 |
500 |
322 |
322 |
100 |
0 |
-200 |
|
|
Естественная характеристика, М, Н·м |
0 |
100 |
207,8 |
334 |
380 |
351,8 |
302,4 |
271,3 |
249 |
229,5 |
197,3 |
|
|
Реостатная характеристика, M, Н·м |
0 |
49,8 |
109,7 |
206,2 |
302,4 |
363 |
380 |
374,9 |
365,2 |
353 |
325,5 |
2.6 Расчет резисторов пускового реостата
Максимальный момент на валу двигателя:
(2.18)
Н·м
Пиковый момент:
(2.19)
Н·м
Переключающий момент при числе секций пускового реостата z=2:
(2.20)
Н·м
Зависимость частоты вращения от момента на обеих секциях пускового реостата:
(2.21)
Зависимость частоты вращения от момента на первой секции пускового реостата:
(2.22)
Зависимость частоты вращения от момента после пуска:
(2.23)
Используя эти соотношения, рассчитаем значения скоростей вращения, соответствующих переключающим моментам:
Таблица 2.6 - Скорости вращения, соответствующие переключающим моментам
|
Момент на валу |
M1 |
M2 |
|
|
Скорость вращения на обеих секциях пускового реостата, об/мин |
0 |
641.88 |
|
|
Скорость вращения на первой секции пускового реостата, об/мин |
641.88 |
871,75 |
|
|
Скорость вращения без пускового реостата, об/мин |
871,75 |
954,01 |
Рисунок 2.3 - Пусковая диаграмма АД
Сопротивление секций пускового реостата:
(2.24)
Ом
(2.25)
Ом
Рисунок 2.4 - Зависимость M=f(s) для естественной и реостатной характеристики.
Рисунок 2.5 - Зависимость n=f(M) для естественной и реостатной характеристики.
2.7 Расчет потерь при пуске
Скольжение, соответствующее заданной частоте вращения, можно найти по формуле:
(2.26)
Здесь n1 - синхронная частота вращения (частота вращения магнитного поля), n2 - частота вращения ротора.
Первому переключению соответствует частота вращения ротора 641,88 об/мин (нашли по пусковой диаграмме), второму - 871,75 об/мин.
Найдем скольжения, соответствующие этим моментам:
- первое переключение
- второе переключение.
Угловая синхронная частота вращения:
(2.27)
рад/сек
Потери при работе двигателя на первой реостатной характеристике:
(2.28)
Дж
R1 - сопротивление цепи статора - в первом приближении принимаем его равным собственному сопротивлению ротора.
Потери при работе двигателя на второй реостатной характеристике:
(2.29)
Дж
Потери при работе двигателя естественной характеристике:
(2.30)
Дж
Суммарные потери при реостатном пуске:
(2.31)
Дж
Потери при прямом пуске:
(2.32)
Дж
Применение реостатного пуска позволяет сэкономить
(2.33)
кВт·ч при каждом пуске.
3. Расчет двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением
Пункты задания, подлежащие выполнению: 1,17
Исходные данные:
Номинальная мощность нагрузки кВт;
Номинальная частота вращения об/мин;
Номинальное напряжение питающей сети В;
КПД в номинальном режиме %;
Сопротивление цепи якоря Ом;
Сопротивление цепи возбуждения Ом.
1) Начертить схему двигателя.
Рисунок 3.1 - схема включения двигателя
Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется реостатом в цепи якоря в пределах от nн до 0,5nн при постоянной мощности на валу. Вычислить КПД при значениях частоты вращения 1,0; 0,9; 0,8; 0,7; 0,6; 0,5nн. Построить график зависимости КПД от частоты вращения.
Потребляемая из сети мощность в номинальном режиме:
(3.1)
Вт.
Ток двигателя в номинальном режиме:
(3.2)
А.
Ток обмотки возбуждения в номинальном режиме:
(3.3)
А
Ток якоря в номинальном режиме:
(3.4)
А
Выведем формулу для расчета КПД двигателя:
(3.5)
%.
Таблица 3.1 - КПД двигателя при различных значениях частоты вращения.
|
1,0 |
0,9 |
0,8 |
0,7 |
0,6 |
0,5 |
||
|
n, об/мин |
685 |
616,5 |
548 |
479,5 |
411 |
342,5 |
|
|
,% |
85,2 |
70,23 |
61,2 |
54,22 |
48,67 |
44,16 |
По результатам расчетов построим график зависимости КПД от частоты вращения двигателя при постоянной мощности на валу.
Рисунок 3.2 - Зависимость КПД от частоты вращения двигателя при постоянной мощности на валу
Заключение
трансформатор электропривод напряжение резистор
В курсовой работе был выполнен расчет задач на темы трехфазный трансформатор, асинхронный двигатель и двигатель постоянного тока.
В задаче с трехфазным трансформатором была начерчена схема трансформатора, построена Т-образная схема замещения трансформатора и определены ее параметры. Так же определен характер нагрузки (для заданных условий), и построен график КПД.
В расчете асинхронного двигателя проведена его проверка по нагреву, на перегрузку. И исходя из полученных данных выбрана соответствующую модель двигателя. Рассчитаны: тепловые состояния АД, механические характеристики, резисторы пускового реостата и потери при пуске двигателя. Построены графики нагрузочной диаграммы, диаграммы потерь и кривой нагрева, механических характеристик.
При расчете двигателя постоянного тока параллельного возбуждения построена схема двигателя и определен номинальный момент, рассчитан КПД двигателя при номинальной нагрузке, Вычислена частота вращения двигателя при статическом сопротивлении нагрузки, Построены графики механических характеристик.
Расчёт данной курсовой работы способствовал закреплению материала по дисциплине "Электрические машины", появлению практических навыков его использования.
В процессе выполнения проекта были получены навыки работы в программе Microsoft office Word, Microsoft office Exel, Microsoft office Visio.
Библиографический список
1. Харламов В.В. Методические указания к самостоятельным занятиям по дисциплине "Электрические машины" для студентов 3-го и 4-го курсов/ В.В. Харламов,. Л.Е. Беляев, Л.Е. Серкова, Е.И. Шельмук / Омский гос. ун-т путей сообщения, Омск, 1999. 30 с.
2. Авилов В.Д. Методические указания к выполнению курсовой работы для студентов дневной и заочной форм обучения по специальностям 150700 (190301) - "Локомотивы", 150800 (190302) - "Вагоны", 100700 (140104) - "Промышленная теплоэнергетика". 3 -е изд., доп. и испр./ В.Д. Авилов, В.П. Беляев, Е.Н. Савельева/ Омский гос. ун-т путей сообщения, Омск, 2011. 44 с.