Методические материалы (8) (4) (1) / Методические указания для выполнения курсовых контрольных и самостоятельных работ по электрическим машинам

СОДЕРЖАНИЕ

1.Принцип работы электродвигателей

2.Аппаратура управления и защиты электрических устройств

3.Электропривод (выбор мощности двигателя)

4.Пример расчета 1

5.Пример расчета 2

6.Задания на курсовую работу

7.Литература

1.Принципы выбора электродвигателей.

2.Аппаратура управления и защиты электротехнических устройств

После выполнения курсовой работы студент должен:

1)знать области применения электропривода и его преимущества перед другими типами приводов; основные электротехнические и механические устройства, входящие в состав электропривода; режимы работы электропривода; типы электропривода; механические характеристики основных производственных механизмов; основные аппараты ручного и автоматического управления электроприводом; условные графические обозначения двигателей и элементов устройств управления; основные аппараты защиты электротехнических устройств;

2)понимать нагрузочные диаграммы и их построение; влияние температуры окружающей среды на нагрузочную способность двигателя; сущность методов эквивалентного тока, момента и мощности для расчета мощности приводного электродвигателя; назначение и принцип действия аппаратов управления; работу типовых схем управления электроприводом; назначение и принцип действия аппаратуры защиты;

3)уметь определять по механическим характеристикам двигателя и рабочего механизма частоту вращения и момент в установившемся режиме; рассчитывать мощность двигателя по нагрузочной диаграмме рабочего механизма; выбирать по каталогу двигатель нужного исполнения, соответствующего условиям окружающей среды и режиму работы производственного механизма, проверить выбранную мощность двигателя по пусковым условиям и перегрузочной способности; читать несложные схемы управления электроприводами; приводить в действие устройства электропривода общепромышленных механизмов; выбирать соответствующие аппараты управления и защиты.

Основными вопросами, которые нужно изучить в данной теме, являются: сравнительная оценка свойств и область применения электрических двигателей как .постоянного, так и переменного токов, выбор мощности двигателя для различных режимов работы; аппаратура управления электродвигателями; схемы электроснабжения предприятия; внутризаводские силовые и осветительные сети, их устройства и расчет.

3. Электропривод (выбор мощности двигателя)

Выбор двигателя — один из ответственных этапов проектирования электропривода, так как именно двигатель в значительной степени определяет технические и экономические качества привода в целом. Из многочисленных типов двигателей переменного и постоянного токов для привода той или иной производственной машины должен быть выбран такой, который наиболее полно удовлетворял бы технико-экономическим требованиям. Это значит, что двигатель должен быть наиболее простым по управлению, надежным в эксплуатации и иметь наименьшую стоимость,

массу и габариты, а также высокие энергетические показатели. В сравнении со всеми существующими типами двигателей этим требованиям в наибольшей мере отвечают асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. При выборе двигателя такого типа необходимо выяснить, удовлетворяются ли технические требования: допустимое уменьшение скорости при увеличении нагрузки, допустимая величина повторных включений, возможность быстрого и надежного пуска.

В напряженных режимах работы привода, с большой частотой включений, где требуется повышенный или ограниченный пусковой момент, а также регулирование частоты вращения в узких пределах, применяют асинхронные двигатели с контактными кольцами. Для нерегулируемых приводов средней и большой мощности, работающих в продолжительном режиме с редкими пусками, рекомендуется применять синхронные двигатели. Они отличаются более высоким к. п. д. и допускают регулирование коэффициента мощности за счет компенсации реактивной мощности. При необходимости плавного и глубокого регулирования скорости, а также при большой частоте включении применяются двигатели постоянного тока.

При выборе мощности двигателя основными исходными данными являются требуемые моменты, которые должны быть приложены к валу механизма, т. с. необходимо иметь нагрузочные диаграммы электропривода или М 1(1), которые могут быть заданы как в виде графика, так и в виде таблицы.

4. Пример расчета 1

Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, режим работы которого задан нагрузочной диаграммой, указанной в таблице 1. По технологическим условиям следует использовать асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. Двигатель должен развивать частоту вращения 980 об/мин. Помещение, где будет установлен двигатель, - сухое, без пыли и грязи.

Таблица 1 – исходные данные для подбора двигателя

Нагрузочная диаграмма двигателя, построенная по данным, приведенным в таблице 1, представлена на рисунке 1

Мощность, кВт

Время, с

Рисунок 1 - Нагрузочная диаграмма двигателя

В данном случае режим работы представляет собой длительную переменную нагрузку. Мощность двигателя подбирают при подобных режимах работы по эквивалентной мощности Рэ, которая равна:

Подставив в уравнения 1 и 2 численные значения с нагрузочной диаграммы, получим:

Tц = 65 с, Рэ = 9,05 кВт.

По данным каталога в качестве приводимого двигателя можно использовать асинхронный короткозамкнутый двигатель в защищенном

исполнении типа А2-61-6; 380/220 В; Рном = 10 кВт, nном = 965 об/мин; ηном=0,870; Мпус/Мном = 1,2; λ = Мmax/Мпус = 1,8.

В ряде случаев момент нагрузки на отдельных участках оказывается больше максимально допустимого момента двигателя, и асинхронный двигатель может остановиться. Поэтому после выбора двигателя его необходимо проперт по перегрузочной способности исходя из условия:

Мmax ≤ Мmax доп,

где Мmax - максимальный момент на валу двигателя;

Мmax доп, - максимально допустимый момент двигателя.

Для асинхронного двигателя Мmax доп = 0,9 Мкр. Здесь Мкр – критический (максимальный) момент двигателя.

Номинальный момент двигателя равен:

Мн = 99 Н·м.

Максимальный (критический) момент равен:

Мк = 178 Н·м.

Максимальный статический момент равен:

Мс = 117 Н·м.

Перегрузочной способности двигатель удовлетворяет, так как выполняется условие:

0,9 Мк = 160 Н·м ≥ Мст = 117 Н·м.

В том случае, когда нагрузочные диаграммы заданы моментом М=f(t) или током I=f(t), мощность двигателя выбирают либо по эквивалентному моменту:

либо по эквивалентному току:

5. Пример расчета 2

Определить необходимую мощность двигателя для привода механизма, работающего в повторно-кратковременном режиме, который задан нагрузочной диаграммой, изображенной на рисунке 2.

Двигатель должен развивать частоту вращения n = 720 об/мин. Определяем эквивалентный момент за рабочее время:

Мраб = 69,2 Н·м.

Определяем мощность, соответствующую эквивалентному моменту:

Рраб = 5,2 кВт.

Определяем относительную продолжительность включения:

ПВ = 0,54.

Момент, Н·м

Время, с

Рисунок 2 - Нагрузочная диаграмма двигателя

В каталогах для двигателей повторно-кратковременного режима номинальная мощность указывается для следующих стандартных значений относительной продолжительности включения ПВ: 0,15; 0,25; 0,4 и 0,6. В том случае, когда расчетная ПВ, определенная по нагрузочной диаграмме, отличается от стандартного значения, мощность двигателя пересчитывают по формуле:

Для ПВном = 0,6 получаем:

По данным каталога аналогично работе 1 может быть подобран двигатель для расчетной мощности 5,0 кВт и ПВном = 0,6

6. Вопросы для самопроверки

Электрические машины переменного тока Объясните принцип работы асинхронного двигателя. Как образуется вращающееся магнитное поле?

Объясните, в чем заключается аналогия между асинхронным двигателем и трансформатором?

От каких величин зависит вращающий момент асинхронного двигателя? Какая часть кривой n=f(M) соответствует устойчивой работе двигателя и какая — неустойчивой?

Перечислите возможные способы регулирования скорости вращения асинхронного двигателя.

Почему при увеличении нагрузки ни пилу асинхронного двигателя растут токи статора и ротора?

Объясните работы однофазных асинхронных двигателей и их недостатки. Изложите устройство синхронной машины Начертите характеристику холостого ходя синхронного генератора.

Как осуществляется пуск синхронных двигателей?

Начертите механическую и угловую характеристики синхронного двигателя. Объясните явление выпадения из синхронизма синхронного двигателя. Почему ток холостого хода асинхронного двигатели больше, чем у трансформатора?

Почему cos φ асинхронного двигателя при холостом ходе значительно ниже, чем при номинальной нагрузке?

Почему при введении реостата в цепь ротора асинхронного двигателя с контактными кольцами пусковой ток уменьшается, а пусковой момент возрастает?

Объясните, как отличаются токи короткозамкнутого асинхронного двигателя при соединении обмотки статора звездой и треугольником при пуске от одной и той же сети. Как отличаются при этом вращающие моменты?

Чем определяется величина активной мощности синхронного генератора при работе в системе? Как она регулируется на электростанции?

Как изменить режим работы синхронной машины?

От чего зависит максимальный момент синхронного двигателя?

При каких условиях синхронный двигатель работает в качестве синхронного компенсатора?

Электрические машины постоянного тока Объясните устройство машины постоянного тока.

Объясните принцип работы машины постоянного тока в качестве генератора и двигателя.

Объясните назначение и устройство щеточно-коллекторного узла. От каких величин зависит э. д. с. обмотки якоря?

От каких величин зависит вращающий момент двигателя постоянного тока? Каковы условия самовозбуждения генераторов постоянного тока? Напишите уравнения электрического состояния для генератора и двигателя.

Какие двигатели постоянного тока применяются в станках и крановых механизмах?

Какие существуют способы регулирования частоты вращения двигателей постоянного тока?

Объясните образование постоянного напряжения на зажимах якоря генератора.

Чем отличаются схемы и обмотки генераторов различных способов возбуждения?

Почему при одном и том же токе якоря напряжение шунтового генератора ниже, чем при независимом возбуждении?

Как отражается на работе шунтового двигателя снижение подведенного напряжения?

Как происходит процесс саморегулирования двигателя при изменении момента на валу?

Сопоставьте три способа регулирования частоты вращения двигателя и дайте их оценку.

Принципы выбора электродвигателей Какие типы электроприводов вы знаете? Напишите уравнение движения электропривода.

Как осуществляется приведение моментов и сил к валу электродвигателя? Изобразите механические характеристики широко распространенных производственных механизмов.

Какие вы знаете режимы работы производственных механизмов?

От каких причин зависит выбор приводного электродвигателя по типу и роду тока?

Как производится расчет мощности и выбор двигателя для длительного режима работы?

Как производится расчет мощности и выбор двигателя для кратковременного и повторно-кратковременного режимов работы?