Вариант №2

Дано:

Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором ( )

Параметры нагрузочной диаграммы:

ΔU, %	Момент, Н · м					Время, с
	М1	М2	М3	М4	М5	t1	t2	t3	t4	t5
4	0	160	200	80	120	200	250	150	250	400

Найти:

1) определить необходимую мощность двигателя и выбрать его по каталогу с учетом режима работы двигателя, условий пуска и допустимой перегрузки, отклонения напряжения ΔU в сети

2) для выбранного двигателя рассчитать номинальный и пусковой токи

Решение

Нагрузочная диаграмма

Для определения мощности двигателя по нагрузочной диаграмме вычисляем среднеквадратичный за время работы момент:

Фактическая продолжительность включения:

Из каталожных данных выбираем двигатель, номинальный момент которого ближайший больший:

где - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок

ПВн – номинальная продолжительность включения , ПВн=100%

Номинальный момент двигателя по табличным данным вычисляется как:

Выбираем двигатель 4А180М6 У3 с данными:

Параметры Двигатель	Рн, кВт	кпд, %	cosφ	Мп Мн	Мпуск Мн	Мmin Мн	Iп Iн	n, об/мин
4А180М6 У3	18,5	88	0,87	2	1,2	1	6,5	975

Номинальный момент выбранного двигателя:

Проверка по условию пуска:

Максимальный момент в цикле работы двигателя:

Условие проверки по возможности осуществления пуска:

- условие выполняется

Проверка по допустимой перегрузке:

Критический момент двигателя (пиковый) по паспортным данным:

Максимальный момент в цикле работы двигателя:

Условие проверки по допустимой перегрузке:

- условие выполняется

Проверка устойчивой работы при отклонении напряжения в сети:

Момент асинхронного двигателя пропорционален квадрату питающего напряжения .

Найдем критический (пиковый) момент двигателя при отклонении напряжения на 4%:

Условие проверки по допустимой перегрузке при отклонении питающего напряжения:

- условие выполняется

Номинальный ток выбранного двигателя:

Пусковой ток:

Вопрос 1. Электрическая дуга постоянного и переменного тока; условия устойчивого и непрерывного горения.

Электрическая дуга постоянного и переменного тока.

Дуга в ВДП горит в парах металлов, заполняющих межэлектрод­ное пространство, так как их потенциал ионизации ниже, чем дру­гих газов. Градиент напряжения на столбе дуги ВДП составляет 0,05 - 0, 25 В/мм. Низкий градиент напряжения в столбе объясняет­ся мальм числом соударений и большими длинами свободного пробега частиц в столбе дуги. Дуга чаще всего имеет диффузный характер. Напряжение на.дуге ВДП составляет U_g= 30 : 50 В, его распределе­ние по областям дуги следующие : U_K= 15 : 20 В; U_a= 1 : 2 В. Большая часть мощности выделяется в дуге в приэлектродных облас­тях. ВАХ 1 дуги ВДП ( рис.3.19 ) имеет две ветви -

падающую и пологовосходящую. Падающая ветвь до 300 А нерабочая. Так как ВАХ пологая, то запас ес­тественной устойчивости дуги небольшой. Небольшие изменения напряжения на дуге, вызванные, напри­мер, кабельными короткими замыканиями, могут при­вести к резкому изменению тока, а следовательно и мощности дуги.

Рис.3.19. ВАХ дуги при переплаве молибдена, стали.

На практике стремятся снизить активное сопротивление R кон­тура с дугой, чтобы уменьшить потери мощности, а для достижения устойчивого горения дуги применяют специальные источники - с крутопадающих ВАХ и источники тока.Спо­собы регулирования тока дуги, их три: 1 - изменением напряжения источника питания; 2 - изменением добавочного соп­ротивления в цепи дуги (для дуг, питаемых от источников с жест­кой ВАХ); 3 - изменением длины дуги (для дуг, пита­емых от источников с жесткой ВАХ).

Рис.3.4. Изменение тока и напряжения дуги за период при активной (а) и активно-реактивной (б) нагрузке

Для дуг переменного тока кроме статических ВАХ характерны динамические ВАХ, так как напряжение источника периодически из­меняет знак, катодное и анодное пятно периодически меняются мес­тами. На рис.3.4,а изображен график изменения тока и напряжения дуги за период при активной нагрузке контура. Для зажигания дуги необходимо напряжение пробоя дугового промежутка - напряжение зажигания U₃. При снижении напряжения источника до напряжения U_П оно будет недостаточно для поддержания дугового промежутка в ио­низированном состоянии, и дуга гаснет. Напряжение погасания U_П несколько меньше U₃, так как дуговой промежуток разогрет и для поддержания тока нужно меньшее напряжение.

В течение времени _П ток не проходит через дуговой промежуток. В следующий полупериод картина повторяется. Таким образом, при- наличии в цепи только активного сопротивления дуга го­рит с перерывами, что ведет к уменьшению тепловой мощности, вы­деляющейся в дуге.

При включении в цепь дуги индуктивного сопротивления между током дуги и напряжением источника образуется сдвиг фаз на угол

 (рис.3.4, б). При снижении напряжения источника Uистменьше Uд горение дуги поддерживается за счет энергии, накоплен­ной в индуктивности. Расчеты показывают, что при cos< 0,85 наступает непрерывное горение дуги. Это несколько снижает коэф­фициент мощности установки, однако, обеспечивает непрерывное го­рение дуги и ограничивает токи короткого замыкания.

В маломощных дугах переменного тока имеются паузы тока вследствие интенсивного охлаждения, деионизации и других причин, поэтому для ее зажигания требуется повышенное напряжение. При хорошо теплоизолированной и мощной дуге (это, например,- дуга, горящая в парах металлов в печи) формы кривых тока и напряжения практически синусоидальны и дуга горит непрерывно.

На столб дуги действует собственное магнитное поле, вызывая сжатие его и магнитное поле, создаваемое током в жидкой ванне печи, которое в дуговых сталеплавильных печах трехфазного тока вызывает электромагнитное выдувание дуги из-под электрода. Дута переменного тока используется в дуговых сталеплавильных печах, руднотермических печах, плазменно-дуговых печах переменного тока, электрической дуговой сварке.

Рис.3.1. Распределение потенциала в электрической дуге.

В электрических дуговых печах превращение электрической энергии в тепловую происходит в электрическом разряде, протекаю­щем в газе. При этом в небольшом объеме концентрируется значи­тельная тепловая энергия, что удобно для проведения процессов плавки металлов.

Электропроводность газа обусловлена наличием свободных за­ряженных частиц - электронов и ионов. На рис.3.1 изображены электрическая дуга и распределение потенциала в ней.

Столб дуги расположен между катодом К и анодом А. Свободные частицы в газе образуются при контакте катода и анода. В месте контакта имеется значительное сопротивление, в котором выделяет­ся тепловая энергия. Начинается интенсивное движение молекул,

соударение их. При этом появляются свободные электроны и ионы. Такое явление называется термической ионизацией. Газовая среда приобретает свойство электропроводности. При наличии электрического поля основным видом ионизации является ударная ионизация, когда вышедший из катода электрон под действием гра­диента напряжения ускоряется и при столкновении с нейтральным атомом или молекулой может выбить электрон.

Ионизированный газ приобретает четвертое состояние - плаз­му, характеризующуюся наличием электронов, ионов и нейтральных атомов. Одновременно с процессами ионизации происходят и процес­сы слияния электронов с положительными ионами - рекомбинация. Между этими процессами существует равновесие, характеризуемое степенью ионизации X, определяемой отношением числа ионов и электронов к полному числу нейтральных атомов в единице объема. Зависимость степени ионизации от температуры Т, давления Р и ро­да газа описывается уравнением Саха:

РX²/(1-x²)=2,4×10^-4×T^2,5×e^-11600Uи/T

где U_И - потенциал ионизации газа, в котором горит дуга.

Температура столба дуги может быть приближенно определена по следующей формуле

Т_Д=810U_И.

Дуговой разряд по длине разделяют на три области: прикатодную с катодным падением напряжения U_К, прианодную с анодным па­дением напряжения U_a, столб дуги, падение напряжения на котором U_CT (рис.3.1). Приэлектродные области имеют размеры нескольких микрон, размер дуги определяется размером столба дуги. Около приэлектродных областей существуют объемные заряды (электроны у катода, ионы у анода), вследствие чего напряжение в приэлектрод­ных областях изменяется скачком. В столбе дуги напряжение про­порционально длине дуги, градиент потенциала постоянен по длине дуги.

Рис.3.3. BAX дуги и источников питания при различных способах регулирования тока дуги.

На практике стремятся снизить активное сопротивление R кон­тура с дугой, чтобы уменьшить потери мощности, а для достижения устойчивого горения дуги применяют специальные источники - с крутопадающих ВАХ и источники тока. Рассмотрим существующие спо­собы регулирования тока дуги, их три: 1 - изменением напряжения источника питания (рис.3.3, а); 2 - изменением добавочного соп­ротивления в цепи дуги (для дуг, питаемых от источников с жест­кой ВАХ) (рис.3.3, б); 3 - изменением длины дуги (для дуг, пита­емых от источников с жесткой ВАХ) (рис.3.3, в).