Соловьёв В.А. - Расчёт характеристик и пускового режима двигателя постоянного тока

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаНаучно-исследовательский комплекс «Фундаментальные науки»Кафедра «Электротехника и промышленная электроника»Соловьев В.А.РАСЧЁТ ХАРАКТЕРИСТИК И ПУСКОВОГО РЕЖИМАДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКАМетодические указания к самостоятельной работе студентовпо дисциплине «Электротехника и электроника»,«Основы электропривода», раздел «Машины постоянного тока»Москва(С) 2014 Coperight МГТУ им.

Н.Э. БауманаУДК 621.313Соловьев В.А.Расчет характеристик и пускового режима двигателя постоянного тока:методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплинам«Электротехника и электроника», «Основы электропривода» / В.А. Соловьев. –М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. –с. : ил.Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при выполнении домашнего задания по разделу «Машины постоянноготока» дисциплин «Электротехника и электроника», «Основы электропривода» исоответствует учебным программам направлений подготовки бакалавров и специалистов всех специальностей факультетов Э, МТ, СМ, РК и АК МГТУ им.Н.Э.

Баумана.В методических указаниях изложены требования к оформлению домашнего задания, его содержание, основные теоретические положения и методические указания по расчету естественных рабочих характеристик двигателя постоянного тока параллельного возбуждения, расчету сопротивлений секций егопускового реостата и пусковой диаграммы. Приведены паспортные данные двигателей постоянного тока. Представлен пример расчета заданных характеристик, пускового реостата и пусковой диаграммы двигателя постоянного токапараллельного возбуждения при помощи математической системы Mathcad.Даны контрольные вопросы и задачи для защиты выполняемого домашнего задания.Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета ФН МГТУим.

Н.Э. Баумана.3ВВЕДЕНИЕЦель выполнения домашнего задания – ознакомление с методикамирасчета естественных рабочих характеристик двигателя постоянного тока, методиками расчета сопротивлений секций его пускового реостата, пусковой диаграммы и времени пуска.Порядок выполнения и оформлениядомашнего заданияДомашнее задание по дисциплинам «Электротехника и электроника»,«Основы электропривода» представляет расчетно-графическую работу, способствующую закреплению теоретических знаний и практических навыков, полученных при изучении учебников и выполнении лабораторных работ.Для успешного выполнения домашнего задание необходимо:1.

Изучить соответствующие разделы учебников и учебных пособий.2. Изучить методические указания к выполнению домашнего задания.3. Разобрать типовые примеры, приведенные в учебниках и методическомпособии по теме домашнего задания.Домашние задания выполняются индивидуально каждым студентом.Номер варианта домашнего задания соответствует номеру фамилии студента по списку в групповом журнале.Домашнее задание выполняется на листах формата А4 на одной сторонелиста.

Титульный лист оформляется в соответствии с общепринятой формой.Исходные данные приводятся на первой странице расчёта. Расчёт сопровождается пояснительными надписями.Все схемы, графики и диаграммы вычерчиваются аккуратно, по линейке,в выбранном для каждой физической величины в соответствии с ГОСТ масштабе. Допускается применение для этой цели компьютерной графики.При оформлении домашнего задания приводятся приводятся все необходимые формулы, а также расчеты с подстановкой данных.

При расчёте механических и рабочих характеристик электродвигателей полученные результаты могут быть представлены в виде таблиц с подстановкой данных в формулы привычислении только характерных режимов.Выполненное домашнее задание сдается в установленный срок преподавателю на проверку.

После проверки и получения подписи преподавателя о допуске к защите студент защищает домашнее задание. При его защите студентузадаются вопросы, требующие знания методики проводимых расчетов и уменияпроведения анализа полученных результатов.4Содержание и данные для выполнения домашнего заданияДомашнее задание представляет собой расчёт естественных рабочих характеристик, сопротивлений секций пускового реостата и пусковой диаграммыдвигателя постоянного тока параллельного возбуждения серии 2П. При его выполнении необходимо:1. Начертить схему включения двигателя постоянного тока (ДПТ) параллельного возбуждения совместно с пусковым реостатом и записать его паспортные данные.2. Рассчитать и построить графики естественных рабочих характеристикДПТ, отражающих зависимость его электромагнитного момента М, частотывращения n, потребляемого тока I и коэффициента полезного действия (КПД) hот тока якоря IЯ , т.е.

М, n, I, h = f (IЯ).3. Рассчитать и построить графики естественной и реостатных скоростныххарактеристик ДПТ. Рассчитать сопротивление пускового реостата, число егосекций и сопротивление каждой секции.Для заданного момента нагрузки (или сопротивления) МС определить установившуюся частоту вращения ДПТ на каждой пусковой ступени, а такжечастоту вращения, при которой происходит закорачивание каждой секций пускового реостата.4. Для заданного момента инерции рабочего механизма JМЕХ рассчитать ипостроить графики зависимостей от времени тока якоря и частоты вращения iЯ,w = f (t) при пуске ДПТ. Определить время разгона двигателя на каждой пусковой ступени и полное время его пуска.Исходными данными для расчёта домашнего задания являются паспортные данные ДПТ серии 2П, приведённые в табл.1 - 4:Р2Н - номинальная мощность, кВт;UН - номинальное напряжение, В;nН - номинальная частота вращения, мин -1;nMAX- максимальная частота вращения, мин -1;hН - номинальный коэффициент полезного действия (КПД), % ;RЯ - сопротивление обмотки якоря, Ом;RДП -сопротивление обмотки дополнительных полюсов, Ом;RВ -сопротивление обмотки возбуждения, Ом;LЯ - индуктивность цепи якоря, мГн;JД - момент инерции ДПТ, кг×м2;а также момент нагрузки МС двигателя и момент инерции рабочего механизмаJМЕХ, задаваемые преподавателем.Краткая характеристика ДПТ серии 2П5ДПТ серии 2П предназначены для работы в широкорегулируемых электроприводах.

Они имеют независимое возбуждение. Напряжение возбуждениянезависимо от напряжения якоря 110 или 220 В. При эксплуатации ДПТ с неизменяемым направлением вращения обмотка возбуждения присоединяется параллельно якорной цепи. Режим работы ДПТ - продолжительный (S1).Допустимые кратковременные перегрузки по току при номинальном магнитном потоке возбуждения 2IЯ.Н в течение 60 с.

Двигатели защищённого исполнения с самовентиляцией (2ПН) могут работать с номинальным током якоряпри снижении частоты вращения до 0,85nН в течение 1 ч. Эти двигатели изготавливаются со степенью защиты от воздействия окружающей среды IP22 иимеют центробежный реверсивный вентилятор на валу якоря со стороны, противоположной коллектору.Структура условного обозначения ДПТ серии 2П2П Н 160 М УХЛ 4категория размещения: 4 - для эксплуатации в закрытых отапливаемых производственных помещениях;климатическое исполнение: У - для эксплуатации врайонах с умеренным климатом, ХЛ - для эксплуатации в районах с холодным климатом;условное обозначение длины сердечника якоря:М - средняя, L - большая;высота оси вращения вала от основания станины, мм;исполнение по способу защиты и вентиляции: Н - защищённое с самовентиляцией, Ф - защищённое с независимой вентиляцией от постоянного вентилятора;название серии: вторая серия машин постоянного тока.Основные теоретические положения и методические указанияк выполнению домашнего задания1.

Электрическая схема двигателя постоянного токапараллельного возбужденияЭлектрическая схема ДПТ параллельного возбуждения изображена нарис.1. На ней выводы обмотки якоря обозначены Я1, Я2, выводы обмотки дополнительных полюсов - Д1, Д2, выводы обмотки возбуждения - Н1, Н2. Последовательно с якорной цепью соединён двухсекционный пусковой реостат,состоящий из резисторов R1, R2. Параллельно резисторам R1, R2 подключеныконтакты КМ1, КМ2 контакторов схемы автоматического пуска ДПТ, которымиосуществляется закорачивание этих резисторов при разгоне двигателя.6Рис.12. Естественные рабочие характеристикидвигателя постоянного токаРасчёт естественных рабочих характеристик ДПТ выполняется при номинальном напряжении питания U = UН = const и токе обмотки возбуждения IВ =const.

При их расчёте ток якоря необходимо изменять от его значения при холостом ходе ДПТ IЯ.Х до значения 1,25IЯ.Н: IЯ = IЯ.Х; 0,25IЯ.Н; 0,5IЯ.Н; 0,75IЯ.Н; IЯ.Н,1,25IЯ.Н.Скоростная и моментная характеристики рассчитываются по формулам:n=U Н - I Я ( RЯ + RДП )C ЕФ,М = CМФI Я ,где n - частота вращения ДПТ, мин -1; СЕ, СМ - скоростная и моментная постоянные ДПТ; Ф - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения; М электромагнитный момент, развиваемый ДПТ, Н×м.Ток и мощность, потребляемая ДПТ, равны:I = I Я + IВ ,P1 = U Н I ,где IВ = UН / RВ - ток обмотки возбуждения.Для расчёта КПД можно воспользоваться выражением:h=P2 P1 - DP=,P1P1где DР - потери мощности в ДПТ, Вт.7При номинальной нагрузке ДПТ потребляет мощностьP1Н =P2 Н,hНпоэтому номинальный ток якоря равенI Я.Н =P1Н- IВ .UНПодставляя его значение в выражение для скоростной характеристики,получимC ЕФ =U Н - I Я.Н ( RЯ + RДП )nН.Между постоянными СЕ и СМ существует взаимосвязьCМ =60C Е = 9,55CЕ .2pТок якоря при холостом ходе ДПТ IЯ.Х затрачивается на создание вращающего момента, компенсирующего тормозной момент из-за механическихпотерь и потерь в стали.

Их расчёт основывается на анализе мощности потерь вДПТ и её составляющих. При преобразовании в двигателе электрической энергии в механическую потери мощности DР рассеиваются в нём в виде тепла исостоят из двух составляющих:DP = DPПЕР + DPПОСТ ,где DРПЕР - переменные потери мощности, Вт; DРПОСТ - постоянные потеримощности, Вт.Переменные потери мощности зависят от нагрузки двигателя, т.е. от токаякоря:DPПЕР = ( RЯ + RДП ) I Я2 .К постоянным потерям мощности, не изменяющимся от нагрузки ДПТ,при малом изменении частоты вращения можно отнести потери в обмотке возбуждения DРВ, механические потери DРМЕХ и потери в стали DРСТ:DPПОСТ = DPВ + DPМЕХ + DPСТ .Потери мощности в обмотке возбужденияDPВ = RВ I В2 .Механические потери мощности обусловлены трением щёток о коллектор, трением о воздух якоря и вентилятора. Потери в стали возникают из-за гистерезиса и вихревых токов в магнитопроводе якоря.