zavjalova_dvig
.pdf
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электротехники
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТРАНСФОРМАТОРА. ВЫБОР МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ
Методические указания по выполнению расчетно-графических работ
Факультет инженерно-строительный Специальность 140104 – « Промышленная теплоэнергетика»
Направление 140100 − «Теплоэнергетика и теплотехника»
Вологда
2011
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
УДК: 621.3
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора выбор мощ-
ности двигателя: методические указания по выполнению расчетнографических работ. – Вологда: ВоГТУ, 2011.– 16 с.
Настоящие методические указания предназначены для студентов инже- нерно-строительного факультета дневной формы обучения, изучающих курс электротехники и электроники и содержат задания по расчету линейной электрической цепи постоянного тока, а также задания по расчету параметров трансформатора и выбору мощности двигателя. Задания рассчитаны на индивидуальное выполнение во внеаудиторное время.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ
Составитель Н.А.Завьялова, ст.преподаватель
Рецензент А.М.Водовозов, канд.техн.наук, доцент
Подписано в печать 4.05.2011. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 30 экз. Печать офсетная. Бумага офисная. Заказ № _____
Отпечатано: РИО ВоГТУ, г. Вологда, ул. Ленина, 15
2
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
ВВЕДЕНИЕ
Настоящие методические указания предназначены для студентов инже- нерно-строительного факультета дневной формы обучения, изучающих курс электротехники и электроники, и содержат задания по расчету линейной электрической цепи постоянного тока, а также по расчету параметров трансформатора и выбору мощности двигателя. Задания рассчитаны на индивидуальное выполнение студентами во внеаудиторное время.
Целью первого задания является практическое ознакомление студентов с методами расчета установившихся режимов линейных электрических цепей.
Во втором задании студентам предлагается рассчитать параметры трансформатора и выбрать мощность двигателя по заданным нагрузочным диаграммам.
1. УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИХ РАБОТ
Каждый студент выполняет расчетно-графические работы в соответствии с выданными ему вариантами исходных данных.
Содержание задания на расчет является общим для всех вариантов. Сроки выдачи задания на расчет, его выполнения и представления пре-
подавателю указываются в семестровом графике самостоятельной работы студентов.
При оформлении пояснительной записки необходимо выполнять следующие правила:
1.Пояснительная записка оформляется на листах бумаги формата А4. Первой страницей пояснительной записки является титульный лист.
2.Расчетную часть каждого задания следует сопровождать краткими и четкими пояснениями в тексте.
3.После числовых значений величин должны быть обязательно указаны единицы их измерений.
4.Все иллюстрации (схемы, графики) и таблицы должны быть пронумерованы со ссылками в тексте.
5.При выполнении схем следует пользоваться условными графическими обозначениями.
6.Графики должны вычерчиваться на миллиметровой или клетчатой бумаге с соблюдением выбранного масштаба.
7.При изображении нескольких кривых на одном графике необходимо для каждой изображаемой кривой показать на оси ординат отдельную шкалу с соблюдением на ней выбранного масштаба.
3
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
2. РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
При изучении данного раздела необходимо иметь представление о типах генерирующих устройств, их внешних характеристиках и режимах работы, а также об основных видах приемных устройств. Следует знать основные законы и понимать свойства линейных электрических цепей. Необходимо уметь анализировать электрическое состояние цепей, составлять уравнения баланса электрической мощности, умело использовать методы расчета сложных электрических цепей.
2.1. Метод контурных токов
При расчете электрических цепей методом контурных токов вся цепь рассматривается в виде совокупностей соприкасающихся контуров. За неизвестные принимаются токи, протекающие по отдельным замкнутым контурам. Следует помнить, что эти токи являются фиктивными и служат только для определения токов, протекающих в ветвях.
2.2. Составление баланса мощностей
При составлении баланса мощностей следует подсчитать мощность, развиваемую всеми источниками э.д.с., и приравнять ее сумме мощностей всех потребителей: n
= ∑ Rк Iк
к=1
Если условные положительные направления э.д.с. и тока источника совпадают по направлению, то произведение ЕкIк под знаком суммы учитывается со знаком «плюс», в противном случае – со знаком «минус».
2.3. Метод эквивалентного генератора
Суть данного метода заключается в эквивалентной замене сложной электрической цепи активным двухполюсником (эквивалентным генератором).
При этом задача расчета тока в цепи с сопротивлением Rх, который определяется по формуле:
Iх = |
|
ЕЭГ |
= |
U |
ХХ |
|
, |
RЭГ |
+ R Х |
R ВХ |
+ R |
|
|||
|
|
Х |
|||||
сводится к определению Еэг генератора и его сопротивления Rэг. Для определения Еэг в заданной схеме отключают сопротивление Rх, размыкая ветвь, определяют напряжение Uхх между точками, к которым оно было подключено, используя один из методов расчета электрических цепей. Сопротивление Rэг равно сопротивлению оставшейся части цепи относительно зажимов, к которым было подключено Rх. При этом в исходной схеме все источники э.д.с. исключают, а участки ветвей, содержащих источники э.д.с., оставляют замкнутыми.
4
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
3. ТРАНСФОРМАТОРЫ
Работа трансформатора основана на законе электромагнитной индукции. При включении первичной обмотки трансформатора в сеть переменного тока в ней возникает переменный электрический ток, который возбуждает переменный магнитный поток Ф1, замыкающийся в основном по сердечнику (магнитопроводу). Переменный магнитный поток индуцирует переменную э.д.с. e2 во вторичной обмотке трансформатора. Если вторичную обмотку замкнуть на внешний электроприемник, то под воздействием этой э.д.с. в цепи возникает переменный ток i2 , который создает магнитный поток Ф2 . Надо иметь в виду, что разделение потока на Ф1 и Ф2 условно, в магнитопроводе имеется один поток.
При рассмотрении потерь мощности следует различать потери в обмотках трансформатора (потери в меди) и магнитопроводе (потери в стали). Потери в обмотках трансформатора Рк обусловлены их активными сопротивлениями R1 и R2 и зависят от нагрузки (от токов I1 и I2 в первичной и вторичной обмотках):
Pк = R1I12 + R2 I22
Учитывая зависимость этих потерь от нагрузки, их называют переменными , они определяются из опыта короткого замыкания.
Потери мощности в магнитопроводе Р0 (магнитные потери) не зависят от нагрузки, поэтому их называют постоянными потерями. Потери в стали определяются из опыта холостого хода.
Коэффициент полезного действия трансформатора определяется по формуле:
|
|
|
η = |
β Sн ×сosϕ2 |
, |
|
|
|
β Sн ×сosϕ2 + P0 + β 2 × Pк |
||
где |
β = |
I2 |
– коэффициент нагрузки. |
|
|
I2 н |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Мощные силовые трансформаторы обладают высоким к.п.д. (до 90%). |
||||
Внешняя характеристика силового трансформатора U2=f(β) при неизменном U1 показывает, как изменяется вторичное напряжение силового трансформатора U2 при изменении нагрузки I2.
U - U
DU2 % = 20 2 н ×100%,
U20
где U20 – вторичное напряжение при холостом ходе, U2н – вторичное напряжение при номинальной нагрузке.
Обычно U2% = (5 ÷10)%, поэтому силовые трансформаторы проектируют так, чтобы напряжение холостого хода трансформатора было на 5% больше номинального напряжения электроприемника.
5
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
4. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ
Одним из основных условий правильного выбора электродвигателя является его нагрев. Исходя из особенностей нагревания и охлаждения двигателя различают три режима работы электропривода: продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.
Продолжительный режим (согласно ГОСТ 183-74) – это режим работы такой длительности, при которой за время работы двигателя температура всех устройств электропривода достигает установившегося значения. В качестве примеров механизмов с длительным режимом работы можно назвать вентиляторы, компрессоры, конвейеры непрерывного транспорта, дымососы, бумагоделательные машины и т.д.
При повторно-кратковременном режиме периоды работы чередуются с паузами (остановка или холостой ход), причем ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время снятия нагрузки двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды.
Типичным примером работы в повторно-кратковременном режиме являются электроприводы подъемных кранов, а также электроприводы металлорежущих станков.
При выборе двигателя используют метод эквивалентных величин. Под эквивалентными величинами (Iэкв., Мэкв. и Рэкв.) понимают такие их значения, которым соответствуют потери в двигателе при продолжительной нагрузке, равные потерям при работе этого же двигателя по заданному графику с переменной нагрузкой.
Если имеется нагрузочная диаграмма P(t), то можно рассчитать эквивалентную мощность Рэкв.:
а) если режим работы двигателя продолжительный:
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ Рк2t к |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Рэкв. = |
|
к=1 |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
tц |
|
|
|
|
|
||
где tц – |
время цикла работы; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) если режим работы двигателя повторно-кратковременный: |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
Р2t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
ПВ |
|
|
|
|
i=1 |
i |
i |
|
|
|
|
Рэкв.= Рэ.раб. |
|
|
; |
Рэ.раб. = |
t раб. |
, |
|
|
|||
|
|
|
ПВном. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где t |
|
– время работы; ПВ – продолжительность включения, ПВ = |
t p |
; |
|||||||||
|
|
||||||||||||
раб. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ПВном. – стандартизованные значения ПВ, они составляют 0,15; 0,25; 0,4 и 0,6. При выборе двигателя по каталогу, должно соблюдаться условие:
6
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
Рном.³ Рэкв .
Далее необходимо произвести проверку выбранного двигателя по перегрузочной способности и пусковому моменту.
По перегрузочной способности двигатель подходит, если выполняется неравенство:
0,9Мmax ³ Мс.max,
где Мmax – максимально допустимый момент перегрузки; Мс.max – максимальный статический момент сопротивления нагрузки.
Условию нормального пуска соответствует неравенство:
Мп > Мс.нач.,
где Мп – пусковой момент двигателя; Мс.нач. – статический момент сопротивления нагрузки при пуске.
Библиографический список
1.Касаткин, А. С. Электротехника : учебник для неэлектр. специальностей вузов / А. С. Касаткин, М. В. Немцов . - 12-е изд., стер. . - М. : Academia , 2008 . - 538с. : ил. . - ( Высшее профессиональное образование. Электротехника)
2.Иванов, И. И. Электротехника : учеб. пособие для вузов / И. И. Иванов, Г. И. Соловьев . - Изд. 6-е, стер. . - СПб. [и др.] : Лань , 2009 . - 495 с. : ил. . - ( Учебники для вузов. Специальная литература)
3.Евдокимов, Ф. Е. Общая электротехника : учебник для неэлектротехн. специальностей сред. спец. учеб. заведений / Ф. Е. Евдокимов . - Изд. 3-
е, испр. . - М. : Высш. шк. , 2004 . - 366, [1] c.
7
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
Приложения
ЗАДАНИЯ НА РАСЧЕТ
РГР №1 «Расчет линейной электрической цепи постоянного тока»
Схемы электрических цепей постоянного тока изображены на с. 14-16. Для схемы, соответствующей варианту задания и по заданным в таблице 1 параметрам, выполнить следующее:
1.Определить токи во всех ветвях методом контурных токов
2.Составить баланс мощности для исходной цепи
3.Методом эквивалентного генератора определить ток в одной из ветвей схемы (по указанию преподавателя)
4.Начертить потенциальную диаграмму контура, включающего два источника э.д.с.
РГР №2 «Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя»
По заданным в таблице 2 параметрам выполнить следующее:
1.Определить сопротивления обмоток трансформатора и намагничивающей цепи;
2.2. Построить внешнюю характеристику трансформатора;
3. Построить зависимость η = f (β ) для значения cosϕ2 = 0, 75 ;
4. Составить Т-образную схему замещения трансформатора. По данным режима нагрузки (таблица 3):
1.Построить нагрузочную диаграмму Р(t);
2.Определить мощность двигателя на валу;
3.По данным каталога (табл. 4) выбрать тип двигателя и записать его паспортные данные;
4.Проверить выбранный двигатель по перегрузочной способности и пусковому моменту;
5.Определить потребляемую мощность;
6.Определить номинальный и пусковой токи двигателя;
7.Построить механические характеристики двигателя.
8
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
Таблица 1
№ |
E1 |
E2 |
E3 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
R5 |
R6 |
вар. |
В |
В |
В |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
Ом |
1 |
55 |
18 |
4 |
8 |
4 |
3 |
2 |
4 |
4 |
2 |
36 |
10 |
25 |
4 |
8 |
3 |
1 |
2 |
7 |
3 |
16 |
5 |
32 |
9 |
3 |
2 |
4 |
1 |
5 |
4 |
14 |
25 |
28 |
5 |
2 |
8 |
2 |
2 |
6 |
5 |
20 |
22 |
9 |
1 |
2 |
6 |
3 |
8 |
4 |
6 |
5 |
16 |
30 |
6 |
4 |
3 |
2 |
5 |
3 |
7 |
10 |
6 |
24 |
3,5 |
5 |
6 |
6 |
3 |
1 |
8 |
6 |
20 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4 |
3 |
3 |
9 |
21 |
4 |
10 |
5 |
7 |
2 |
8 |
1 |
1 |
10 |
4 |
9 |
18 |
2,7 |
10 |
4 |
8 |
10 |
2 |
11 |
4 |
24 |
6 |
9 |
8 |
1 |
6 |
10 |
4 |
12 |
16 |
8 |
9 |
2,5 |
6 |
6 |
5 |
10 |
5 |
13 |
48 |
12 |
6 |
4,2 |
4 |
2 |
12 |
6 |
2 |
14 |
12 |
36 |
12 |
3,5 |
5 |
1 |
5 |
6 |
9 |
15 |
12 |
6 |
40 |
2 |
3 |
8 |
5 |
7 |
8 |
16 |
8 |
6 |
36 |
3 |
2 |
1 |
6 |
8 |
6 |
17 |
72 |
12 |
4 |
6 |
1 |
10 |
4 |
12 |
4 |
18 |
12 |
48 |
6 |
2,5 |
1 |
4 |
15 |
2 |
2 |
19 |
12 |
30 |
9 |
3,5 |
2 |
3 |
3 |
1 |
3 |
20 |
9 |
6 |
27 |
4,5 |
2 |
8 |
13 |
4 |
3 |
21 |
15 |
63 |
6 |
5 |
3 |
1 |
2 |
12 |
3 |
22 |
54 |
27 |
3 |
8 |
3 |
1 |
4 |
2 |
2 |
23 |
36 |
9 |
24 |
3 |
4 |
2 |
1 |
5 |
1 |
24 |
3 |
66 |
9 |
1 |
4 |
2 |
2 |
8 |
3 |
25 |
12 |
30 |
25 |
1 |
5 |
1 |
1 |
6 |
4 |
26 |
30 |
16 |
10 |
2 |
5 |
3 |
1 |
8 |
5 |
27 |
10 |
32 |
10 |
1,5 |
6 |
1 |
7 |
1 |
5 |
28 |
5 |
10 |
36 |
1,2 |
6 |
3 |
2 |
2 |
2 |
29 |
40 |
25 |
8 |
3 |
3 |
2 |
4 |
3 |
2 |
30 |
8 |
40 |
10 |
5 |
3 |
3 |
3 |
2 |
1 |
31 |
22 |
24 |
10 |
2 |
1 |
8 |
4 |
10 |
6 |
32 |
55 |
18 |
4 |
8 |
4 |
3 |
2 |
4 |
4 |
33 |
36 |
10 |
25 |
4 |
8 |
3 |
1 |
2 |
7 |
34 |
16 |
5 |
32 |
9 |
3 |
2 |
4 |
1 |
5 |
35 |
14 |
25 |
26 |
5 |
2 |
8 |
2 |
2 |
6 |
36 |
5 |
16 |
30 |
6 |
4 |
3 |
2 |
5 |
3 |
37 |
10 |
6 |
24 |
3,5 |
5 |
6 |
6 |
3 |
1 |
38 |
6 |
20 |
4 |
4 |
6 |
4 |
4 |
3 |
3 |
39 |
21 |
4 |
10 |
5 |
7 |
2 |
8 |
1 |
1 |
40 |
4 |
9 |
18 |
2,7 |
10 |
4 |
8 |
10 |
2 |
9
Вологодский государственный технический университет
Электротехника и электроника. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока. Расчет параметров трансформатора. Выбор мощности двигателя: метод. указания по выполнению расчетно-графических работ / Завьялова Н.А.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Технические данные силовых трансформаторов |
|
|||||
№ вар. |
Sном, кВА |
U1ном, В |
U20, В |
Uk, % |
Pk, Вт |
P0, Вт |
I0, % |
1 |
20 |
6300 |
230 |
5,0 |
600 |
180 |
9,0 |
2 |
30 |
10000 |
400 |
5,0 |
850 |
300 |
8,0 |
3 |
50 |
10000 |
400 |
5,0 |
1325 |
440 |
8,0 |
4 |
75 |
10000 |
230 |
5,0 |
1875 |
590 |
7,5 |
5 |
100 |
10000 |
525 |
5,0 |
2400 |
730 |
7,5 |
6 |
180 |
10000 |
525 |
5,0 |
4100 |
1200 |
7,0 |
7 |
240 |
10000 |
525 |
5,0 |
5100 |
1600 |
7,0 |
8 |
320 |
35000 |
10500 |
6,5 |
6200 |
2300 |
7,5 |
9 |
420 |
10000 |
525 |
5,5 |
7000 |
2100 |
6,6 |
10 |
25 |
6000 |
230 |
4,5 |
600 |
125 |
3,0 |
11 |
25 |
10000 |
230 |
4,7 |
690 |
125 |
3,0 |
12 |
25 |
60000 |
400 |
4,5 |
600 |
125 |
3,0 |
13 |
25 |
10000 |
400 |
4,7 |
690 |
125 |
3,0 |
14 |
40 |
10000 |
230 |
4,5 |
880 |
180 |
3,0 |
15 |
40 |
6000 |
230 |
4,5 |
880 |
180 |
3,0 |
16 |
40 |
6000 |
400 |
4,7 |
1000 |
180 |
3,0 |
17 |
40 |
10000 |
400 |
4,0 |
690 |
125 |
3,2 |
18 |
63 |
6000 |
230 |
4,5 |
1280 |
260 |
2,8 |
19 |
63 |
6000 |
400 |
4,5 |
1280 |
260 |
2,8 |
20 |
63 |
10000 |
230 |
4,7 |
1470 |
260 |
2,8 |
21 |
63 |
10000 |
400 |
4,7 |
1470 |
260 |
2,8 |
22 |
63 |
2000 |
400 |
4,7 |
1470 |
260 |
2,8 |
23 |
63 |
20000 |
230 |
4,7 |
1470 |
260 |
2,8 |
24 |
63 |
2000 |
400 |
4,5 |
1280 |
260 |
2,8 |
25 |
100 |
10000 |
230 |
4,7 |
2270 |
365 |
2,6 |
26 |
100 |
10000 |
400 |
4,7 |
2270 |
365 |
2,6 |
27 |
100 |
6000 |
230 |
4,5 |
1970 |
365 |
2,6 |
28 |
100 |
6000 |
400 |
4,5 |
1970 |
365 |
2,6 |
29 |
100 |
20000 |
230 |
4,7 |
2270 |
465 |
2,6 |
30 |
100 |
20000 |
400 |
4,7 |
2270 |
465 |
2,6 |
31 |
100 |
35000 |
230 |
4,7 |
2270 |
465 |
2,6 |
32 |
100 |
35000 |
400 |
4,7 |
2270 |
465 |
2,6 |
33 |
160 |
6000 |
230 |
4,5 |
2650 |
540 |
2,4 |
10
Вологодский государственный технический университет