Брандина Электрические машины (529639), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В конструкции двигателя устранены зубцы - наиболеенасыщающийся участок магнитной цепи, обычно ограничивающийвеличину индукции в зазоре. Сердечник якоря такой машиныпредставляет собой гладкий цилиндр, набранный из изолированныхлистов электротехнической стали. Обмотка якоря равномернораспределена по изолированной поверхности гладкого сердечника, онапропитывается лаком и бандажируется стеклолентой. Двигатели типаМИГ отличаются хорошей коммутацией и высоким пусковым моментом.Они применяются в быстродействующих приводах и следящихсистемах. Ведутся разработки по увеличению мощности этихдвигателей.Бесщеточные (бесконтактные) двигатели постоянного токапозволяют решить чрезвычайно важную проблему коллекторных машин-отказаться от щеточно-коллекторного узла, наличие которого приводитк понижению надежности работы.
ограничениюобласти применения и др. На основеприменения современных полупроводниковыхэлементовсозданыбесщеточные(БДП)микродвигатели постоянного тока, лишенныеуказанных недостатков. Основными элементамиБДПявляютсясобственнодвигатель,управляемый полупроводниковый коммутатор идатчикРис.4.45положения ротора (ДПР). Конструкциядвигателя обращенная, аналогичная синхронным машинам: на роторевыполняют систему возбуждения (обычно постоянные магниты), арабочую обмотку (обмотку якоря) располагают на статоре. Пакетстатора набран из изолированных листов электротехнической стали, таккак он пересекается вращающимся магнитным полем ротора.Преобразование постоянного тока внешней цепи в переменный,протекающий по обмотке, осуществляется полупроводниковымпереключателем - коммутатором.
Моменты переключения направлениятока в ветвях обмотки задаются датчиком положения, связанным свалом двигателя. Датчики положения могут быть различных типов:магнитодиодные, фоторезисторные, датчики Холла и другиебесконтактные преобразователи. Принципиальная схема бесщеточногомикродвигателя постоянного тока показана на рис.4.45. Приведеннаясхема по рабочим свойствам соответствует двигателю с коллектором изтрех коллекторных пластин. Для упрощения схемы коммутатора насекции (фазы) обмотки подают однополярное напряжение.
Взависимости от положения датчика управляющий сигнал посту- пает наодин из транзисторов, через который положительный потенциалподается на фазы обмотки. При этом ток от положительного зажимаисточника питания идет через транзистор, работающий в ключевомрежиме, через секцию обмотки и нулевой провод к отрицательномузажиму источника. Система управления настраивается так, чтобымагнитные поля системы возбуждения и работающих (открытых) фазобмотки создавали максимальный вращающий момент. Для этогонеобходимо, чтобы эти магнитные поля были сдвинуты на 90°.
В моментвремени, соответствующий рис.4.45, необходимо открыть транзисторП1, это создаст вращающий момент, направленный по часовой стрелке.При повороте ротора управляющий сигнал поступает на транзистор П2,а транзистор П1 при дальнейшем вращении запирается и т.д.Рабочие характеристики бесщеточного двигателя постоянного токааналогичны характеристикам коллекторного; двигатели имеют высокийпусковой момент, большую перегрузочную способность, линейные механические и регулировочные характеристики, широкий диапазонрегулиро-ванияскорости.Применениеуправляемогополупроводникового коммутатора позволяет регулировать скорость спомощью маломощных управляющих сигналов.
Такие двигатели могутиспользоваться для установок, работающих в вакууме, жидких средах,при значительных колебаниях температуры и т.д., обеспечиваядлительный срок службы и высокую надежность. Однако электронноеустройство коммутации с системой бесконтактных датчиков - сложный идорогой узел. Это сдерживает широкое применение БДП как модулейсовременных устройств автоматики, тем более что при использованиипитания переменным током сильную конкуренцию им составляютисполнительные двухфазные асинхронные двигатели.5. Примеры решения задачЗадача 1Трехфазный силовой понижающий трансформатор имеет следующие данные:тип трансформатора ТС3С-1000/10,номинальная мощность SH = 1000 кВА,номинальное напряжение первичной обмотки U1H = 10 кВ,номинальное напряжение вторичной обмотки U2H = 0,4 кВ,процентное значение напряжения короткого замыкания uK = 8 %,процентное значение тока холостого хода i0 = 2 %,потери холостого хода Р0 = 3 кВт,потери короткого замыкания РКЗ = 10 кВт,коэффициент мощности cosϕ2 = 0,8.Фазы первичной и вторичной обмоток соединены ″звездой″.Требуется:1.
Определить коэффициент трансформации.2. По данным опытов холостого хода и короткого замыкания определить параметрысхемы замещения и изобразить схему.3. Рассчитать зависимость КПД от нагрузки η = f(β), где коэффициент нагрузкиβ = S/SH. Определить максимальное значение КПД η.4. Рассчитать зависимость изменения напряжения на зажимах вторичной обмотки отхарактера нагрузки, т.е. ∆U = f(ϕ) при номинальном токе.5.
Установить распределение нагрузки между трансформаторами одинаковоймощности, если напряжение короткого замыкания второго трансформатора на 10%больше первого (указанного в исходных данных), а нагрузка равна сумменоминальных мощностей обоих трансформаторов.Решение1. Коэффициент трансформацииU10K = 1H == 25U 2 H 0,42. Номинальный ток первичной обмотки трехфазного трансформатора присоединении фаз ″звездой″, АSHSH1000I 1H = I 1ФН ==== 57,735 А,3U 1ФН3 ⋅ U 1H3 ⋅ 10где U 1ФН =U 1H= 5773,5 В.3Активное сопротивление короткого замыкания , ОмrКЗ =РКЗ10000== 1,0 Ом23I 1ФН 3 ⋅ 57,735 2Полное сопротивление короткого замыкания , Омu U0,08 ⋅ 5773,5= 8 Омz КЗ = КЗ 1ФН =I 1ФН57,735Индуктивное сопротивление короткого замыкания , Ом22x КЗ = z КЗ− rКЗ= 8 2 − 1 = 7,94Параметры обмоток, Омrxr1 = r2' = КЗ = 0,5 ; x1 = x 2' = КЗ = 3,9722Полное сопротивление намагничивающего контура, ОмU5773,5= 5000z m = 1ФН =i0 ⋅ I 1H 0,02 ⋅ 57,735Активное сопротивление намагничивающего контура, ОмP03000== 750rm =23 ⋅ (i0 ⋅ I 1H )3 ⋅ (0,02 ⋅ 57,735) 2Индуктивное сопротивление намагничивающего контура, Омx m = z m2 − rm2 = 5000 2 − 750 2 = 4940jx1r1U1I1I0′′jx2rmr2′I2jxm3.
КПД трансформатораРис. 5.1. Схема замещения трансформатораP2,P1где Р2 = βSH cosϕ2 - полезная мощность,cosϕ2 - коэффициент мощности,Р1 = Р2 + ΣР - потребляемая мощность,ΣР = Р0 + βРКН - сумма потерь.ОтсюдаКПД η =η=β ⋅ S H ⋅ cos ϕ 2.β ⋅S H ⋅ cos ϕ 2 + P0 + β 2 PKHРасчеты η = f(β) сведены в таблицу 5.1.Таблица 5.1Р0 = 3 кВт, РКН = 10 кВт, cosϕ2 = 0,8β0,250,500,54770,751,001,25Р2, кВт200400438,26008001000РК, кВт0,6252,53,05,6251015,625ΣР, кВт3,6255,56,08,6251318,625Р1, кВт203,625405,5444,260,6258131018,625η, %98,2298,6498,6598,5898,4098,17′ZHМаксимальное значение КПД ηmax соответствует условию равенства постоянных и2переменных потерь P0 = β ОПТ⋅ Р КНP03== 0,547710PKHОтсюда β ОПТ =Расчет ηmax приведен в таблице 5.1.
Значение ηmax = 98,65 %.4. Процентное изменение напряжения на зажимах вторичной обмотки∆U = u a cos ϕ 2 + u p sin ϕ 2 + (u p cos ϕ 2 + u a2 sin ϕ 2 ) / 200 ≈ u a cos ϕ 2 + u p sin ϕ 2 ,где u a = ( I 1 ⋅ rK / U 1ФН )100% =57,735 ⋅ 1⋅ 100% = 1%5773,5u p = u K2 − u a2 = 8 2 − 1 = 7,94%Расчеты ∆U = f2(ϕ) сведены в таблицу 5.2.Таблица 5.2характернагрузкииндуктивныйемкостнойИзменение выходного напряжения ∆U , %ϕ2cosϕ2sinϕ2u a cos ϕ 2u p cos ϕ 2∆U , %0306090-30-60-9010,8670,.500,8670,5000,50,8671-0,5-0,867-110,8670,500,8670,5003,976,8847,94-3,97-6,884-7,9414,847,3847,94-3,103-6,384-7,945. При параллельной работе двух трансформаторов между трансформаторамираспределяется в соответствии с их напряжением короткого замыкания следующимобразом:uk 2⋅ S НГu k1 + u k 2u k1⋅ S НГвторой трансформатор S 2 =u k1 + u k 2первый трансформатор S1 =По условию задания uK1 = 8 %, uK2 = 1,1⋅ uK1 = 8,8 %, SНГ = 2SH =2000 кВА,8,88S1 =⋅ 2000 = 1047,62 кВА, S 21 =⋅ 2000 = 952 кВА.8 + 8,88 + 8,8Таким образом, первый трансформатор перегружен, а второй недогруженпримерно 5 %.Задача 2Трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором имеет данные,приведенные в таблице 5.3: число пар полюсов 2р, номинальная мощность Р2Н,линейное напряжение обмотки ротора U2Л, активные сопротивления фазы статора r1и ротора r2' при 20°С , индуктивные сопротивления статора х1 и ротора x 2' .
Частотасети f1 = 50 Гц, напряжение U1 = 380 B.Соединение обмоток статора и ротора ″звезда″. Класс нагревостойкостиизоляции F, расчетная температура обмоток 115°С.Таблица 5.3Данные асинхронных двигателей с фазным роторомТипдвигателя2р4АК200М4УВ2Р2Н U2HкВ Вт22 340r1Омr2'Омх1Омx 2'Ом0,0240,0260,0500,075Требуется:1. Определить синхронную частоту вращения.Определить потребляемый ток, момент и коэффициент мощности при пускедвигателя с замкнутой накоротко обмоткой ротора, т.е.
без пускового реостата.2. Определить сопротивление пускового реостата RР при котором начальныйпусковой момент имеет максимально возможное значение. Определить в этомрежиме пусковой момент, ток статора и коэффициент мощности.3. Рассчитать механические характеристики двигателя для трех значенийдобавочных сопротивлений в цепи ротора: RД = 0, RД = RР / 2, RД = RР .Решение1. Синхронная частота вращения, об/мин60 ⋅ f 1 60 ⋅ 50== 3000n1 =p1Активные сопротивления обмоток при 115°С , ОмR1 = r1 (235 + 115) /(235 + 20) = 0,024 ⋅ 1,3725 = 0,03294R2' = r2' (235 + 115) /( 235 + 20) = 0,026 ⋅ 1,3725 = 0,0357Полное сопротивление короткого замыкания при отсутствии пускового реостата, ОмZ K = ( R1 + R2' ) 2 + ( x1 + x 2' ) 2 = R K2 + x K2 = 0,0686 2 + 0,125 2 = 0,1426где RK = R1 + R2' = 0,03294 + 0,0357 = 0,0686, x K = x1 + x 2' =0,50 + 0,075 = 0,125Начальный пусковой ток, АI0 =U 1Ф220== 1542,80,1426ZKгде U 1Ф =U13=3803= 220 ВКоэффициент мощности при пускеR0,0686cos ϕ П = K == 0,5490,125ZKПусковой момент, Н⋅мpmU 12Ф R2 1 ⋅ 3 ⋅ 220 2 0,0357M0 == 811,4=2π f 1 Z K22π ⋅ 50 ⋅ 0,1426 2где m = 3 - число фаз обмотки статора.Критическое скольжениеs K ≡ R2' / X K = 0,2855Максимальный момент, Н⋅мpmU 12Ф1 ⋅ 3 ⋅ 220 2MK ≡== 1848,74π f1 X K 4π ⋅ 50 ⋅ 0,1252.
Сопротивление пускового реостата определяем из условия, что пусковой МПмомент имеет максимально возможное значение МК(МП = МК) , поэтомукритическое скольжениеs K ≡ R2' / X K = 1Суммарное активное сопротивление роторной цепи определяетсясопротивлением обмотки ротора и сопротивлением пускового реостатаR2 Σ = R2 + R P = X KОткуда определяем приведенное значение пускового реостата, ОмRP' = X K − R2' = 0,125 − 0,0357 = 0,0893Искомое сопротивление пускового реостата, ОмRP = R P' / k 2 = 0,0893 / 1,118 2 = 0,0715где коэффициент трансформации обмоток статора и ротораUU380= 1,118k = 1Ф = 1 =U 2Ф U 2 Л 340Полное сопротивление короткого замыкания при наличии пускового реостата RP,ОмZ K = R K2 + X K2 = 0,1579 2 + 0,125 2 = 0,2014 ,где RK = R1 + R2' + R P = 0,03294 + 0,0357 + 0,0898 = 0,1579Начальный пусковой ток, АIH = U1Ф/ ZK = 220 /0,2014 = 1092,3Коэффициент мощности при пускеcosϕK = RK / ZK = 0,1579 / 0,2014 = 0,7843. При добавочном сопротивлении R Д =RP'суммарное сопротивление роторной2цепи, ОмRP'0,0893= 0,0357 += 0,0803 .22Полное сопротивление короткого замыкания приR2 Σ = R2' +Z K = R K2 + X K2 = 0,1133 2 + 0,125 2 = 0,1687,RP'= 0,03294 + 0,0803 = 0,11332Пусковой момент, Н⋅мpmU 12Ф R2 1 ⋅ 3 ⋅ 220 2 0,0803M0 == 1304=2π f1 Z K22π ⋅ 50 ⋅ 0,1687 2R K = R1 +гдеКритическое скольжениеs K ≡ R2' / X K = 0,0803 / 0,1687 = 0,476Расчет механической характеристики ведем по упрощенной формуле Клосса2M KM =sKs+s sKЗначения М и sK определены ранее, причем sK различно для каждой механической характеристики.Расчеты механических характеристик M = f(s) для трех значений добавочныхсопротивлений сведены в таблицу 5.4.Таблица 5.4Электромагнитный момент, М, Н⋅мМК = 1848,7 Н⋅мR00,1250,2500,375s0,500sK0,6250,7500,8751,0001358,51832,61782,11592,21397,41229,41090,3811,40,2855RР / 20908,31522,11797,41846,51782,21672,81552,113040,476RР0455,1870,01215,61479,01661,81774,81832,41848,71Задача 3Трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором питается оттрехфазной сети с линейным напряжением U1, частотой 50 Гц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
