Контрольная работа отражает механику электромеханической ... электромеханические свойства двигателя и представляется в виде расчётно-пояснительной

Контрольная работа отражает механику электромеханической системы ТП-Д и
электромеханические свойства двигателя и представляется в виде расчётно-пояснительной
записки и графической части. Она включает в себя расчёт мощности двигателя постоянного
тока независимого возбуждения, по заданной тахограмме и механической характеристике
механизма, выбор двигателя и преобразователя, расчёт и построение статических
механических характеристик электропривода по системе ТП-Д (тиристорный
преобразователь-двигатель). В таблице №1 приведены исходные данные для расчёта
системы ТП-Д.
Согласно заданию необходимо:
1.Построить тахограмму рабочей машины  м  f t  за цикл работы и найти
расчётную продолжительность включения ПВ% РАСЧ .
2.Построить механическую характеристику М см  f   рабочей машины.
3.
Построить нагрузочную диаграмму М см  f t  рабочей машины.
4.
Определить требуемую мощность двигателя.
5.
Выбрать электродвигатель по мощности и определить требуемое передаточное
отношение редуктора между двигателем и механизмом.
6.
Выбрать управляемый тиристорный преобразователь.
7.
Построить тахограмму работы двигателя дв  f t  .
8.
Рассчитать приведённые к валу двигателя статические моменты сопротивления
 сi рабочей машины и построить зависимость дв  f  ci  .
9.
Рассчитать и построить статические механические характеристики системы ТП-Д,
на которых двигатель должен работать в течении цикла.
10.
Проверить предварительно выбранный двигатель по нагреву методом средних
потерь.
11.
Изобразить принципиальную электрическую схему системы ТП-Д.
Методические указания по выполнению контрольной работы.
К п1. Тахограмма рабочей машины  м  f t  строится по данным таблицы  0 =1. В ней
указаны 3 установившиеся скорости 1 , 2 , 3 , и время работы с этими скоростями t 1 , t 2
, t 3 . Время паузы = t 0 .
Расчётная ПВ% РАСЧ определяется как
ПВ% расч 
tp
t p  t0
100% 
tp
t1  t 2  t 3
100%  100%
t1  t 2  t 3  t 0
tц
К п.2. Механическая характеристика рабочей машины  м  f  мсм  задана уравнением в
таблице №1. При её построении (в том числе и в 3 м квадранте) в уравнение подставляется
абсолютное значение скорости.
К п.3. Нагрузочная диаграмма рабочей машины М с м  f t  строится на основании её
тахограммы и механической характеристики. Для каждой из 3 х установившихся
скоростей по механической характеристике определяются моменты сопротивления.
Нагрузочная диаграмма получается путём замены на тахограмме скорости
соответствующим ей моментом М с м сопротивления.
К п.4. Для определения требуемой мощности двигателя по нагрузочной диаграмме
механизма сначала находится средний статический момент сопротивления:
M C .CP 
M 1  t1  M 2  t 2  M 3  t3  M смi  t pi

t1  t 2  t3  t 0
tц
Требуемый номинальный момент двигателя:
М Н  1,1  1,3  М С .СР ,
где 1,1-1,3 коэффициенты, учитывающие дополнительную нагрузку двигателя в
переходных режимах из-за появления динамических моментов.
Требуемая мощность двигателя:
Р расч  М н   осн ,
где осн - основная скорость, на которой двигатель должен работать. За осн
рекомендуется принимать максимальную скорость при однозонном регулировании или
меньшую (но не самую малую) при 2 х зонном регулировании, например при ослаблении
магнитного потока. Двухзонное регулирование целесообразно применять в тех случаях,
когда  см уменьшается с ростом скорости.
Найденную расчетную мощность следует пересчитать на номинальную по формуле:
P=P РАСЧ 
ПВ% ЗАД
40%
К п.5 По найденному значению Р выбирается двигатель повторно – кратковременного
режима серии Д согласно условию:
РН >P при ПВ%=40%
Студент самостоятельно принимает решение о величине напряжения двигателя (на 220
В или 440 В) и о том, каким он должен быть – быстроходным или тихоходным. Основные
технические данные двигателей независимого возбуждения серии Д приведены в таблице
№2.
Передаточное число найдётся как отношение номинальной скорости двигателя к
основной скорости:

j  H .дв
 осн
К п.6. По справочнику выбирается тиристорный преобразователь согласно условию
преобр.  ндв .
 dн   ндв ,
U dн  U ндв ,
Основные технические данные тиристорных преобразователей приведены в таблице №3.
Если требуется изменение направления вращения, что видно из тахограммы механизма,
преобразователь выбирается реверсивный. Одновременно с выбором преобразователя
выбирается тип и мощность питающего трансформатора. Расчётное значение его
мощности:
PH
S 
,
 н  нтп  нт  ит
где Р н ,  н ,  нтп - номинальные значения мощности двигателя его КПД и КПД
преобразователя;
 нт и ит - номинальный КПД трансформатора и его коэффициент использования;
( нт  0,95  0,98; ит  0,955 ).
Условие выбора трансформатора: S Н >S р .
По справочнику выбирается трансформатор серии ТСП (трёхфазный сухой
преобразовательный). Технические данные трансформаторов серии ТСП приведены в
таблице №4.
Если студенты выбирают двигатель по напряжению 440 В, трансформатора не
требуется, вместо него тиристорный преобразователь подключается к сети 380 В через
токоограничивающие реакторы. Расчётное значение индуктивности ТОР.
2  U НФ
LP 
;
I км =(7-8)I dн , где
314  I КМ
I км и I dн - допустимый ударный ток короткого замыкания и номинальный выпрямленный
ток преобразователя.
I
Условия выбора ТОР: LH > LP ; I HФ > dH
3
Основные технические данные токоограничивающих реакторов приведены в таблице
№5.
К п.7. Тахограмма  ДВ  f (t ) работы двигателя с установившимися скоростями строится
по тахограмме рабочей машины и передаточному числу редуктора.
К п.8. При расчёте приведённых к валу двигателя моментов сопротивления механизма
необходимо учесть момент холостого хода двигателя:
 0   н   нв ,   м ,
где  н ,  нв , - номинальный электромагнитный момент двигателя и номинальный
момент на валу.
U   ян  R я
 н  kф  I ян, где kф  н
-коэффициент ЭДС двигателя
 ндв
 нв 
РН 103
ндв
;
Фактический момент сопротивления рабочей машины:
 ci   'ci   0
Приведенный момент сопротивления рабочей машины, соответствующий каждой из
установившихся скоростей двi .

 'ci  ci .
j
К п.9 Для расчёта и построения статических механических характеристик системы ТП-Д,
соответствующих установившимся скоростям вращения двигателя, необходимо
предварительно определить эквивалентное сопротивление якорной цепи:
m  хтр
Rэ 
 2  rтр  Rсд  RЯ  2  R у. р ,
2 
где m-число пульсаций выпрямленного напряжения. Для мостовой схемы m=6.Активное и
реактивное сопротивление согласующего трансформатора:
PКЗ
U %  U 1Ф
rтр 
;
хтр  К
,
2
2
2
100  1Н  kТР
3  1Н  k тр
где КЗ -потери короткого замыкания трансформатора, Вт,
U К % -напряжение короткого замыкания трансформатора,
k тр 
U 1Ф
- коэффициент трансформации трансформатора,
U 2Ф
-номинальный первичный ток трансформатора, который определяется по
 1Н
формуле:

Сопротивления
 1Н = 2 Н
k тр
сглаживающего и уравнительного дросселей (реакторов):
U y. p.н
U сд
R y. p 
;
;
Rсд 
 dн
 dн
Здесь U сд  U y. p.н  (0,005  0,01) U dн - падение напряжения на дросселях при
номинальном токе  dн выпрямителя (преобразователя).
При бес трансформаторной схеме преобразователя (с ТОР) эквивалентное
сопротивление якорной цепи определяется по формуле:
тхР
 RЯ  Rсд  2 R y.др
2
где хР и RP - индуктивное и активное сопротивление токоограничивающего реактора,
причём:
хР  2  1  LH Здесь 1  2f 1 .
Статические механические характеристики рассчитываются по уравнению:
  cos  i
R
  d0
 Э 2  ,
kф
(kф)
т

Здесь  d 0  2 U 2   sin  2,34 U 2Ф .

m
Угол задержки открывания вентилей  i , необходимый для обеспечения работы
RЭ 
двигателя с установившейся скоростью  ci :
 i  arccos
где  ci 
U di
kф  ci   ci  RЭ
,
 arccos
d 0
d 0
 'ci
- ток статической нагрузки, которому соответствует приведённый момент
kф
 сi .
В данной контрольной работе предлагается пренебрегать зоной прирывистых токов
преобразователя и считать характеристики линейными.
При построении статических механических характеристик системы ТП-Д на том же
графике следует изобразить механические характеристики рабочей машины и указать
установившиеся скорости. Если привод реверсивный, характеристики располагаются в 1 м
и 3 м квадрантах графика.
К п.10. При проверке выбранного двигателя по нагреву методом средних потерь, не
учитывать потери в переходных режимах.
Порядок определения средних потерь следующий:
Определяются мощности, развиваемые двигателем на каждой из установившихся
скоростей
Х   'ci  i , где  'ci -приведённый момент сопротивления, соответствующий каждой из
установившихся скоростей двигателя  i .
Определяются коэффициенты загрузки двигателя хi по мощности на каждой из  i .

хi  Х
Н
Определяются полные номинальные, номинальные переменные и постоянные потери
двигателя, а также коэффициент потерь
1
K
Н  Н (
 1); VH   2H  RЯ ; К= Н  VH ; а=

VH
Н
Потери в двигателе Х на каждом участке работы с установившейся скоростью
Х  Н
а  хi2
а 1
Средние потери в двигателе за цикл работы:
  t  2  t 2  3  t 3  0  t 0
ср  1 1
, где 0 - потери в двигателе на возбуждении
t1  t 2  t 3  t 0
принять равными 2% от Н .
Пересчёт потерь из условий, что t 00 .ср  20 0 С , t 0 доп  1150 С
СР   
t 0 доп  t 00 cp
0
t доп
 400
Делается вывод о возможности установки двигателя если выполняется указанное
условие. Если ср  H необходимо выбрать двигатель ближайшей большей мощности.
Таблица №1 Исходные данные по моему варианту.
№ варианта
тахограммы
1
2
3
рад/с
1
20
t1
t2
t3
№вариа
нта
механи
ческой
характе
ристик
и
t0
сек.
10
2
180
20
20
180
Закон изменения
момента
сопротивления
рабочей машины
Момент
инерции
рабочей
машины J м
Нм
в долях от
момента
инерции
двигателя,
 СМ ,
кг  м
6,0
600+50  
4
2
Таблица №2 Основные технические и обмоточные данные краново-металлургических
двигателей независимого возбуждения серии Д, закрытых с естественным охлаждением
при ПВ%=40%.
Серия
Н
квт
Н ,
nН,
об/мин
N
2а
В
А
Н
мВб
 вн ,
RЯ ,
RВ ,
А
Ом
ом
М доп
кг  м Н  м
J
2
Тихоходные U Н  220В
Д12
Д21
Д22
Д31
Д32
Д41
Д806
2,4
3,6
4,8
6,8
9,5
13
16
14
21
26
37
51
70
84
1200
1060
1120
850
770
700
700
990
920
696
738
558
492
372
2
2
2
2
2
2
2
1800
1650
1480
1700
1470
1480
1400
4,6
5,8
7,4
8,8
13,2
17
25
0,7
1,2
1,18
1,18
1,62
2,16
2,7
1,63
0,95
0,57
0,42
0,27
0,17
0,1085
270
128
130
107
94
70
65
0,05
0,125
0,155
0,3
0,425
0,8
1,0
57
90
108
201
319
476
678
Д808
Д810
Д812
Д814
Д816
Д818
22
29
38
55
70
83
112
148
192
280
350
415
620
590
555
550
525
460
278
234
210
608
504
604
2
2
2
8
8
8
1250
1500
1350
1200
1160
1000
38
47,5
57,2
82,1
104
111
3,93
3,9
5,74
6,25
7,44
10,2
0,054
0,0356
0,023
0,0129
0,0087
0,0066
44
46,2
34,4
35,2
24,7
17,5
2,0
3,6
7,0
10,25
11,25
12,5
1290
1915
2800
4270
6640
7950
0,125
0,3
0,8
2,0
3,82
7,0
10,25
16,25
27,5
54
128
349
1030
1511
2060
3390
4760
6370
Тихоходные U Н  440В
Д21
Д31
Д41
Д808
Д810
Д812
Д814
Д816
Д818
3,1
5,2
12,5
22
29
36
55
70
83
9,5
14,5
34
56
74
92
138
175
205
1280
890
710
620
590
560
550
530
460
1610
1476
984
556
468
418
1216
1008
1008
2
2
2
2
2
2
8
8
8
1650
1700
1480
1250
1500
1350
1200
1060
1000
5,6
8,8
17
38,6
46,8
57,3
82,1
103
111
1,24
1,42
2,2
3,6
3,85
5,1
5,5
7,44
10,2
3,54
2,08
0,695
0,208
0,146
0,099
0,052
0,0324
0,026
128
107
70
50
46,2
36,4
34
24,7
17,3
Д21
Д22
Д31
Д32
Д41
Д806
Д808
Д22
Д32
Д806
4,4
6,5
9,5
13
17,5
21
26
25
34
50
68
90
110
134
1460
1510
1360
1190
1120
1050
810
690
522
492
372
310
246
210
2
2
2
2
2
2
2
1650
1460
1700
1470
1480
1400
1250
5,8
7,45
8,8
13,2
17
25
37,2
1,24
1,18
1,42
1,6
2,16
2,7
3,9
0,531
0,322
0,194
0,125
0,072
0,047
0,0295
128
130
107
94
70
65
44
0,125
0,155
0,3
0,425
0.8
1,0
2,0
79
119
183
305
438
645
1180
5,6
12
21
16
32
55
1510
1200
1050
1044
738
492
2
2
2
1145
1140
1400
7,45
13,2
25
3,6
4,3
2,7
1,69
0,534
0,205
45
57
65
0,155
0.425
1,0
79
235
510
Быстроходные U Н  220В
Быстроходные U Н  440В
Примечание: Двигатели допускают увеличение скорости в 2 раза за счёт ослабления
магнитного потока. При этой скорости максимальный момент не должен превышать 0,8
М ДОП при U Н  220В и 0,64 М ДОП при U Н  440В . Сопротивление обмоток даны при
t0.cp  200 C : рабочая температура обмоток t 0  115 0 C :число пар полюсов р п  2 .
Таблица №3 Основные технические данные тиристорных агрегатов серий ТЕ, ТЕР с
естественным охлаждением.
тип
агрегата
напряжение
сети
Выходные параметры
номинальный
максим.выпрямл.
выпрямл.ток,А ток,А
номинальное
выпрямл.напряж.,В
номинальная
мощность,кВт
63
63
100
100
230
460
230
460
14,5
29
23
46
Нереверсивные
ТЕ4-63/230
ТЕ4-63/460
ТЕ4-100/230
ТЕ4-100/460
190-220
380
190-220
380
141,75
225
ТЕ4-160/230
ТЕ4-160/460
ТЕ4-200/230
ТЕ4-200/460
190-220
380
190-220
380
160
160
200
200
360
190-220
380
190-220
380
190-220
380
190-220
380
63
63
100
100
160
160
200
200
141,75
450
230
460
230
460
36,8
73,6
46
92
230
460
230
460
230
460
230
460
14,5
29
23
46
36,8
73,6
46
92
Реверсивные
ТЕ4-63/230
ТЕ4-63/460
ТЕ4-100/230
ТЕ4-100/460
ТЕ4-160/230
ТЕ4-160/460
ТЕ4-200/230
ТЕ4-200/460
Примечание: номинальный КПД
225
360
450
 Н =0,96
Таблица №4 Технические данные трансформаторов серии ТСП
Номинальное напряжение первичной обмотки U1нл  380В
Тип тр-ра
SH ,
кВА
ТСП-10/0,7
ТСП-16/0,7
ТСП-16/0,7
ТСП-25/0,7
ТСП-25/0,7
ТСП-63/0,7
ТСП-63/0,7
ТСП-100/0,7
ТСП-125/0,7
7,5
14,6
14,6
29,1
29,1
58
58
93
117
Параметры
вторичной обмотки
Параметры
тирист.пр-ля
Потери
мощности Вт
U 2 НФ , В
 2 НФ , А
U dн , В
 dН , А
КЗ
ХХ
118
118
236
118
236
118
236
118
236
20,5
41
20,5
82
41
164
82
262
164
230
230
460
230
460
230
460
230
460
25
50
25
100
50
200
100
320
200
130
140
140
210
210
330
330
440
520
320
550
550
1100
1100
1900
1900
2300
2700
U КЗ %
 ХХ , %
4,7
5,2
5,2
5,5
5,5
5,5
5,5
5,8
5,8
16
10
8
8
5
4
Таблица №5 Технические данные токоограничивающих реакторов серии РТСТ(реактор
трёхфазный сухой токоограничивающий), U H  410В
Тип реактора
1НФ , А LН , мГн R р , Ом
РТСТ-20,5-2,02
РТСТ-41-1,01
РТСТ-82-0,505
РТСТ-165-0,25
РТСТ-265-0,156
РТСТ-410-0,101
РТСТ-660-0,06
РТСТ-820-0,05
20,5
41
82
165
265
410
660
820
2,02
1,01
0,505
0,25
0,156
0,101
0,064
0,05
265
102
37
13
7,2
3,8
2,1
1,4
В целях экономии времени студента по поиску в литературе схем, ниже приведена
принципиальная схема реверсивной системы ТП-Д.
Принципиальная схема реверсивной системы ТП-Д с встречно параллельной схемой
выпрямления.
~380 V