Вступ

Електротехнічна підготовка студентів неелектротехнічних спеціальностей забезпечується дисциплінами електротехнічного циклу. Метою цих дисциплін є теоретична і практична підготовка майбутніх фахівців в області електротехніки, електропривода й електрообладнання в такому ступеню, щоб вони могли виконувати наступні завдання: вибрати необхідні електротехнічні пристрої; уміти правильно їх експлуатувати; складати сумісно з фахівцями - електриками технічні завдання на розробку електротехнічних вузлів і агрегатів автоматизованих і автоматичних пристроїв для організації різних технологічних процесів і систем керування ними.

Виходячи з цих позицій, одним із напрямів з вищенаведених завдань з підготовки студентів спеціальностей металургійного профілю є придбання навичок і вміння проводити розрахунок та аналіз роботи основних вузлів електроприводів металургійних машин і агрегатів, а також вибір основних елементів електрообладнання металургійних цехів.

Для студентів запропоновано наступні завдання:

• механічні характеристики двигунів постійного струму;

• механічні характеристики трифазних асинхронних двигунів;

• вибір потужності електродвигуна й визначення режиму роботи електропривода.

Вибір теми завдання, та його обсяг встановлюється викладачем згідно спеціальності й обсягу годин, зазначеного в навчальній програмі дисципліни «Електротехнічне обладнання металургійних цехів».

При виконанні розрахункових завдань студентам варто користуватися міжнародною системою одиниць вимірів. Кожне розрахункове - графічне завдання повинно відповідати заданому варіанту.

Оформлене та представлене до захисту розрахунково - графічне завдання повинне містити розрахункові формули, результати їх використання в цифровому виразі, стислі пояснення щодо результатів розрахунку. Пояснювальна записка виконується на стандартних аркушах формату А4, електричні схеми при цьому повинні бути виконані відповідно до вимог ЄСКД, графіки в завданнях повинні бути виконані на міліметровому папері.

Завдання № 1

Механічні характеристики двигунів постійного струму

Двигун постійного струму паралельного збудження має параметри наведені в таблиці 1.1.

Для заданого двигуна необхідно:

• розрахувати й побудувати природну електромеханічну й механічну характеристики ;

• визначити графоаналітичним методом значення опорів ступенів пускового реостата і його повний опір у випадку реостатного пуску двигуна при величинах перемикаючих моментів, які знаходяться у межах M₁= (1,5 - 2,6) M_н і M₂ = (1,15 - 1,25) M_н ;

• визначити коефіцієнт жорсткості β механічних характеристик двигуна при зміні обертаючого моменту машини від 0 до номінального значення;

• розрахувати амплітуду струму якоря машини в режимі динамічного гальмування при використанні у якості резистора динамічного гальмування одну із ступенів пускового реостата (необхідна ступінь зазначена згідно з варіантом завдання в таблиці 1.1);

• представити на графіку механічну характеристику двигуна в режимі динамічного гальмування.

Таблиця 1.1

№ варіанта	Uн, В	Iн, А	Pн, кВт	Rоз, Ом	nн, об/хв	Кількість частин пускового реостата	Rд
1	2	3	4	5	6	7	8
1	220	59	11,0	55,0	1500	3	Rп3
2	220	94	20,0	22,0	2000	3	Rп3
3	220	75	14,5	28.0	1500	3	Rп2
4	440	67	25,0	37.0	1500	4	Rп3
5	220	78	15.0	27.5	1000	3	Rп3
6	440	75	30,0	30.0	750	4	Rп4
7	220	40	8.0	28.0	2000	3	Rп3
8	220	50	10,0	22.0	2500	3	Rп3
9	220	60	12.0	22.0	1500	3	Rп3
10	220	71	14.0	22.0	1000	3	Rп3
11	220	90	16.0	14.7	750	4	Rп4
12	440	95	39.0	30.0	750	4	Rп4
13	220	59	11.0	27.5	1500	3	Rп3
14	220	45	8.5	27.5	1600	3	Rп3

1	2	3	4	5	6	7	8
15	220	35	7.0	28.0	1000	3	Rп3
16	220	67	13.0	37.0	1200	3	Rп2
17	220	57	11.0	37.0	2000	3	Rп3
18	440	100	40.0	22.0	750	4	Rп2
19	440	88	34.0	36.7	750	4	Rп2
20	220	89	18.0	27.5	1000	3	Rп2
21	440	76	30.0	37.0	1500	4	Rп2
22	440	60	24.5	37.0	1000	4	Rп3
23	220	106	21.0	13.75	1500	4	Rп2
24	220	100	19.0	22.0	1000	4	Rп2
25	220	60	11.0	37.0	1600	3	Rп3
26	220	53	10.0	33.0	1225	3	Rп3
27	110	26.7	25.1	27.5	1100	4	Rп2
28	115	100	10.0	50.0	1000	3	Rп3
29	220	102	19.3	25.0	750	4	Rп2
30	220	86	16.0	22.0	1000	3	Rп3
31	220	116	22.0	22.0	960	4	Rп3
32	220	192	37.0	11.0	1000	4	Rп3
33	440	141	55.0	44.0	750	4	Rп3
34	440	176	70.0	40.0	750	4	Rп2
35	220	550	110.0	20.0	960	4	Rп3
36	440	370	150.0	20.0	700	4	Rп3
37	440	100	37.0	100.0	525	4	Rп3
38	440	145	55.0	100.0	510	4	Rп2
39	220	390	75.0	120,0	475	4	Rп3
40	220	565	110.0	20.0	460	4	Rп2
41	220	65	12.0	94.0	900	3	Rп2
42	220	89	16.0	60.0	650	4	Rп3
43	440	46	17.5	46.2	560	3	Rп2
44	440	176	70.0	34.4	500	4	Rп2
45	220	151	28.5	75.0	1000	4	Rп3
46	220	102	19.3	10.0	750	4	Rп3
47	220	50	9.0	25.0	960	3	Rп2
48	220	65	12.5	36.7	1200	3	Rп2
49	220	85	16.5	14.7	1450	4	Rп2
50	110	250	24,0	5.5	960	4	Rп3
51	110	130	12,4	5.5	750	3	Rп3
52	110	100	9.6	10.0	960	3	Rп3
53	110	267	25,0	11,0	960	4	Rп3
54	110	192	18,4	5.5	750	4	Rп3
55	220	440	82,3	4,4	760	4	Rп3
56	220	120	24,0	10.0	960	4	Rп3
57	220	88	17,0	36,7	750	4	Rп3
58	660	20	11,8	132,0	960	3	Rп3
59	660	25	14,4	110,0	960	3	Rп3

1	2	3	4	5	6	7	8
60	660	16	9,6	110,0	720	3	Rп2
61	660	30	17,4	82,5	750	4	Rп2
62	660	35	19.6	94.3	720	4	Rп3
63	220	69	12,0	82,0	675	4	Rп3
64	220	120	22.0	130,0	575	4	Rп2
65	440	120	46,0	22,0	675	4	Rп2
66	440	90	34,5	48.8	750	4	Rп2
67	440	175	66,8	30.0	750	4	Rп2
68	220	90	17,3	22.0	960	3	Rп3
69	220	70	13,7	32.0	960	3	Rп2
70	220	75	15,0	32,0	1200	3	Rп2
71	110	230	23,0	3,7	960	4	Rп3
72	110	95	9,0	22,0	1500	3	Rп3
73	110	200	20.0	3,7	1000	4	Rп3
74	110	290	28,0	5,5	960	3	Rп2
75	110	151	15,0	11.0	750	3	Rп2

Розрахункову частину завдання проілюструємо на конкретному прикладі для

двигуна постійного струму з паралельним збудженням з наступними параметрами:

P_н = 46,5 кВт, U_н = 220 В, I_н = 238 А, n_н = 1500 об/хв, R_оз =17,8 Ом

Рис 1.1. Електрична схема пуску двигуна постійного струму з паралельним збудженням

Розв’язок:

• визначимо номінальний коефіцієнт корисної дії двигуна:

- визначаємо номінальний опір двигуна постійного струму:

- обчислюємо активний опір обмотки якоря машини:

= 0,5(1 – 0,89) *0,924 = 0,052 Ом

Для побудови природної електромеханічної й механічної характеристик необхідно визначити величину номінального моменту на валу двигуна:

Для двигунів постійного струму з паралельним збудженням характерна практично лінійна залежність між струмом якоря машини і моментом, що розвиває двигун, таким чином величині моменту М_н відповідає струм якоря I_ян.

З основного рівняння машини, який працює в режимі двигуна витікає:

,

де

I_ян = I_н – I_з = I_н –(U_н/R_з)= 238 – (220/17,8)=225,6 А.

Тоді

Вб

Частота обертання якоря двигуна в режимі холостого ходу:

або

Отримані дані дозволяють побудувати природні електромеханічну й механічну характеристики двигуна постійного струму з паралельним збудженням.

Природна електромеханічна характеристика може бути побудована за координатами двох точок:

точка 1 - точка 2 -

Природна механічна характеристика також будується за координатами двох точок:

точка 1 - точка 2 -

Максимальний пусковий момент відповідно до заданого обмеження приймаємо M₁ = 2,5М_н = 740 Нм і будуємо реостатну механічну характеристику для випадку повністю включеного пускового реостата (мех. характеристика №4 на рис.1.2)

Рис. 1.2 Сімейство механічних характеристик двигуна постійного струму з паралельним збудженням

На наступному етапі побудови механічних характеристик двигуна обираємо величину М₂ таким чином, щоб виконавши графічні побудови, одержати три реостатні характеристики, які відповідають трьом ступеням пускового реостата. З побудови витікає, що М₂ = 1,1М_н = 325,6 Нм.

На рис. 1-2 відрізок «а-е» відповідає опору двигуна R_н, опори окремих ступенів пускового реостата визначаються наступним способом:

Величина повного опору пускового реостата:

Коефіцієнт жорсткості природної механічної характеристики на заданій ділянці має значення:

Механічна характеристика двигуна в режимі динамічного гальмування представлена характеристикою №5 на рис. 1.2.