Контрольная работа 2

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ

А.М. Худоногов




ЗАДАНИЯ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ
ПО ДИСЦИПЛИНЕ
«ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЛОКОМОТИВНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ»















Иркутск 2009
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ
Учебным планом для студентов-заочников по курсу «Основы электропривода технологических установок локомотивных предприятий» предусмотрено выполнение в седьмом семестре контрольной работы, состоящей из пяти задач. Задание каждому студенту выдается индивидуально. Студент обязательно должен выполнять работу по своему варианту. Работа, выполненная не по своему варианту, не засчитывается.
Прежде чем приступить к выполнению контрольного задания, студенту необходимо изучить соответствующую литературу, решить задачи и упражнения, приведенные в рекомендованных учебниках, с тем, чтобы получить полное представление по рассматриваемому вопросу.
При выполнении контрольного задания необходимо соблюдать следующие правила:
а) в работе должны быть переписаны условия задачи соответственно решаемому варианту с указанием года выпуска Методических указаний;
б) выполнение каждой работы должно сопровождаться краткими объяснениями, необходимыми обоснованиями, подробными вычислениями;
в) при вычислении каждой величины нужно словами указать, какая величина определяется;
г) решение задачи надо произвести сначала в общем виде (формулы в буквенных выражениях) и после необходимых вычислений подставлять соответствующие числовые значения;
д) необходимо указать размерность как всех заданных в условиях задачи величин, так и полученных результатов;
е) графический материал желательно выполнять на миллиметровой бумаге;
ж) в конце работы необходимо дать перечень использованной литературы, подписать ее и указать дату окончания работы.
На сессии каждая работа лично защищается студентом на кафедре.
На зачете контрольные работы сдаются преподавателю (без контрольных работ студент к зачету не допускается).
ЛИТЕРАТУРА
Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода.– М.: Энергоатомиздат, 1981. – 575 с.
Москаленко В.В. Электрический привод.– М.: Высшая школа, 1991. – 430 с.
Худоногов А.М., Смирнов В.П., Худоногов И.А. Асинхронный электропривод технологических установок железнодорожного транспорта.– Иркутск: ИрИИТ, 2001. – 106 с.


Задача 1. Для асинхронного короткозамкнутого трехфазного электродвигателя номинальной мощностью Рн, включенного на номинальное напряжение сети Uн, определить:
1) номинальный вращающий момент Мн в ньютонометрах;
2) максимальный (критический) момент Мк в ньютонометрах;
3) пусковой момент Мп в ньютонометрах;
4) номинальный ток Iн в амперах;
5) пусковой ток Iп в амперах;
6) скольжение при номинальной нагрузке sн в процентах;
7) скольжение при максимальной нагрузке sк в процентах;
8) частоту вращения магнитного поля статора n1 в об/мин;
9) номинальную частоту вращения ротора n 2н в об/мин;
10) номинальную (выходную, механическую) мощность Рн в кВт (проверочный расчет);
11) активную (входную) мощность Ра в кВт;
12) полную (кажущуюся) мощность S в кВА;
13) реактивную мощность Q в кВАр.
Построить механическую характеристику электродвигателя (=f(Mд) по семи точкам: для скольжения s=0;s= sн; 0,1;s=sк; 0,3; 0,5 и 1.
Определить момент сопротивления механизма для указанных точек скольжения.
Построить механическую характеристику рабочего механизма, совместив ее с графиком механической характеристики электродвигателя.
Определить значение момента при установившемся режиме работы электропривода.
Исходные данные для решения задачи приведены в табл. 1.
Таблица 1
Технические данные электродвигателя и рабочей машины

В а р и а н т ы



0

1

2

3

4

5

6

7

8

9


Тип двигателя

5А160М2

5А112М2

5А160S4

5А112МB6

5А160М4
5А112МА8
5А160S6

5А160М6
5А160S8
5А160М8

Номинальная мощность на валу двигателя Рн, кВт

18,5

7,5

15

4

18,5

2,2 11
15

7,5

11


Частота вращения при номинальной нагрузке n2н, об/мин

2930

2900

1450

950

1450

710

970

975

720

720


Линейное напряжение сети Uн, В

380

220

380

220

380

220

380

380

380

380


Кратность пускового тока
13 EMBED Equation.3 1415

7,5

7,4

6,1

5,0

6,4

4,2

6,5

6,5

5,3

5,3










Продолжение табл.1
Технические данные электродвигателя и рабочей машины
Варианты


0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Перегрузочная способность
13 EMBED Equation.3 1415
3,4
3,2
2,6
2,4
2,6
2,2
2,8
2,8
2,4
2,4

Кратность пускового момента
13 EMBED Eq1415

2,8

2,0

2,3

2,0

2,3

1,7
2,0

2,0

1,8

1,8


Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке (н в %

90,0

89,0

89,5

82,5

90,0

77,0

88,5

88,5

87,0

87,0


Коэффициент мощности
С08 ф

0.89

0,89

0,86

0,81

0,86

0,69

0,84

0,84

0,74

0,74


Номинальная частота вращения рабочего механизма nмн , об/мин

1445

970

490

475

725

355

5820

480

360

240


Номинальный момент рабочей машины Мс.н , Н-м

112

54

255

80

224

60

16

260

196

386


Коэффициент полезного действия передачи (пер

0,92

0.91

0.88

0,9

0,93

0,9

0,89

0,91

0,91

0,9



Методические советы
При решении задачи 1 следует иметь в виду, что построение механической характеристики s = f(Мд) можно производить по различным формулам. При выполнении контрольной задачи необходимо пользоваться выражением

13 EMBED Equation.3 1415, (1)

где s – текущее скольжение, равное отношению

13 EMBED Equation.3 1415 , 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415

где n1 – частота вращения магнитного поля, об/мин;

n2 – частота вращения ротора электродвигателя, об/мин;
Мк – максимальный вращающий момент электродвигателя (критический);
sк – критическое скольжение.
Максимальный вращающий момент может быть определен по номинальному вращающему моменту Мн и кратности максимального момента (к (значения которых приводятся в каталогах) по следующему соотношению:
Мк = (к(Мн, (2)
где (к – кратность максимального момента (перегрузочная способность двигателя).
Номинальный вращающий момент электродвигателя может быть определен по формуле
13 EMBED Equation.3 1415, Н(м, (3)
где n 2н – номинальная частота вращения ротора, об/мин;
( 2н – номинальная угловая скорость вращения ротора
13 EMBED Equation.3 1415, 1/с;
Рн – номинальная мощность, Вт.
Критическое скольжение, соответствующее максимальному вращающему моменту электродвигателя, может быть определено по выражению
13 EMBED Equation.3 1415, (4)
где sн номинальное скольжение, соответствующее номинальной частоте вращения электродвигателя.
Пусковой вращающий момент электродвигателя может быть определен по номинальному вращающемуся моменту электродвигателя Мн и кратности пускового момента (пуск (значения которых приводятся в каталогах) по следующему соотношению:
Мпуск = (пуск( Мн .
При решении задачи надо иметь в виду, что значения вращающего момента, полученные расчетным путем по уравнению (1) для скольжения больших критического (для s = 1; 0,8 и др.), не точны, поэтому при графическом построении механической характеристики электродвигателя необходимо внести поправки, считая за истинные данные, приведенные в каталогах (табл. 1). Это в первую очередь относится к пусковому моменту.
Механическую характеристику электродвигателя s = f(Мд) и соответственно (д = f(Мд) следует построить в ньютонометрах.
Затем необходимо построить механическую характеристику рабочего механизма (м = ((Мс)

При определении численных значений для построения механической характеристики механизма надо принять изменение момента сопротивления по следующей зависимости:
13 EMBED Equation.3 1415, (5)
где Мс.н – номинальный момент сопротивления механизма, значения которого приведены в табл. 1;
Мс.нач – начальный момент сопротивления вращающегося механизма (без учета момента трения покоя), который можно принять равным 0,2 Мс.н, ( – показатель степени, характеризующий вид механизма; для вентилятора, например, (= 2;
(м.н – номинальная угловая скорость вращения вала рабочей машины, при которой момент сопротивления равен номинальному;
(м –текущая угловая скорость вращения вала рабочей машины.
При совмещении в одних координатных осях механической характеристики рабочей машины или механизма с механической характеристикой электрического двигателя, когда номинальная угловая скорость вращения вала рабочей машины (м.н и номинальная угловая скорость вращения вала электродвигателя (2н не совпадают, т. е., когда имеет место установка редуктора, моменты сопротивления механизма Мс.н и Мс.нач должны быть приведены к частоте вращения вала ротора электродвигателя соответственно по соотношениям:

13 EMBED Equation.3 1415 (6)
и

13 EMBED Equation.3 1415, (7)


где j– передаточное число, равное 13 EMBED Equation.3 1415;
(2н – номинальная угловая скорость вращения вала ротора электродвигателя , 1/с;
(м.н –номинальная угловая скорость вращения вала рабочей машины,1/с;
(пер – коэффициент полезного действия передачи.
Следовательно, приведенный момент сопротивления рабочей машины или механизма следует определять по соотношению
13 EMBED Equation.3 1415. (8)


Текущая угловая скорость вращения ротора электродвигателя может быть выражена через номинальную частоту приблизительно следующим образом:
(2 ( (2н (1-s). (9)
Тогда предыдущее уравнение, определяющее приведенный момент сопротивления рабочей машины или меха
·низма, запишется
Мс.пр = Мс.нач.пр + (Мс.н.пр – Мс.нач.пр)((1 – s)(. (10)

Задача 2. Определить приведенный момент инерции системы и время разбега электродвигателя от неподвижного положения до его номинальной угловой скорости вращения (2н. Необходимые исходные данные приведены в табл. 2. Частоту вращения и мощность электродвигателя принять по первой задаче для своего варианта.
Таблица 2
Варианты
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Момент инерции ротора двигателя Jд , кг(м2
0,7
0,004
0,9
0,009
0,7
0,008
0,18
0.18
0,3
0,16

Момент инерции рабочей машины Jм, кг(м2
0,25
0,5
0,4
1,0
0.25
0,12
1,1
2,0
1,5
0,75

Методические советы
Аналитическое решение уравнения движения электропривода, по определению времени разбега системы даже при известных зависимостях (д = f(Мд)13 EMBED Equation.3 1415 и (м = ((Мс), может быть очень сложным, а иногда весьма затруднительным. В таких случаях прибегают к решению уравнения движения электропривода различными методами, сводящимися к графическому или графоаналитическому интегрированию уравнения движения.
Эти методы основаны на том допущении, что в уравнение движения электропривода вместо бесконечно малых приращений частоты вращения и времени подставляются малые конечные приращения и средние значения момента двигателя и момента сопротивления для каждого периода изменения частоты вращения.
13 EMBED Equation.3 1415, (11)
где Jпр –  приведенный момент инерции системы представляет собой сумму момента инерции электродвигателя, приведенного момента инерции передаточного звена и приведенного момента инерции механизма.
Момент инерции передаточного звена может быть определен по соотношению
Jперз = (Jд, (12)
где ( – коэффициент, равный 0,10,3.
Приведенный момент инерции может быть подсчитан по выражению
13 EMBED Equation.3 1415. (13)
При выполнении задачи можно воспользоваться графоаналитическим решением уравнения движения электропривода. По построенным графическим зависимостям
(д = f(Мд) и (д = ((Мс.пр)

строится кривая динамического момента ( = F(Мдин.пр). Кривая динамического момента разбивается на ряд участков. Для каждого участка, исходя из выражения для уравнения движения электропривода, определяется
·t
13 EMBED Equation.3 1415. (14)

Полное время разбега при одинаковых величинах (( на всех участках может быть найдено из следующего выражения:
13 EMBED Equation.3 1415, (15)
где i – число участков, на которые разбита кривая динамического момента;
((i = const – перепад частоты вращения на каждом участке;
Мдi - Мст.пр.i = Мдин.пр.i ,
Мдин.пр.i – соответствующее значение приведенного динамического момента на каждом из участков кривой. В выражение, устанавливающее время разбега, необходимо подставлять приведенный статический момент механизма. При решении задачи необходимо соблюдать размерность. Результаты вычислений следует свести в табл. 3.







Таблица 3
Величины

1

2
3

4

5

6

7


(( , 1/с
















( , 1/с















Мдин.пр , Н(м
















(t , с















t , с
















Задача 3. Определить постоянную времени нагрева Тнагр , постоянную времени охлаждения Тохл и установившееся превышение температуры двигателя (уст над охлаждающей средой при номинальной длительной нагрузке двигателя.
Построить кривые нагрева и охлаждения электродвигателя по 4 6 точкам; вычисление значений для ряда точек произвести на основании данных, полученных из табл. 1 и 4.
Определить графически постоянную времени нагрева и охлаждения.
Таблица 4
Данные
Варианты


0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Теплоемкость двигателя С, Дж/град 103
23
47,7
90
5,1
20,5
42
14,2
19
10
14,3

Теплоотдача двигателя при нагреве (при вращении) Ан , Дж/с( град
23
7,7
25
8,6
19
8
18
21
14
18

Теплоотдача двигателя при охлаждении (в неподвижном состоянии) Аохл , Дж/с( град
18
6,0
20
7,0
15
6
14
17
12
15

Примечание. Для определения теплоемкости двигателя С в джоулях на градус необходимо цифры в первой строчке умножить на 103.
Методические советы
Потери мощности в электродвигателе, работающем при полной нагрузке, определяются как разность между мощностью, потребляемой двигателем из сети (Р1), и мощностью, развиваемой им на валу, т. е. его полезной мощностью (Р2). Номинальная мощность (Рн = Р2) и значение коэффициента полезного действия двигателя при номинальной нагрузке (н приведены в табл. 1. Количество теплоты нужно исчислять в джоулях. По Международной системе единиц 1 джоульэто единица работы, энергии или количества теплоты, равной произведению 1 ньютона (сила) на 1 метр (путь).
Так как мощность электродвигателя выражена в кВт, то целесообразно тепловые потери определять в кДж/с.
Графики нагрева (нагр = f(t) и охлаждения (охл = ((t) надо построить в именованных единицах. Затем необходимо графически определить постоянную времени нагрева и охлаждения.
Постоянная времени нагрева графически может быть определена путем проведения касательной в любой точке кривой нагрева до пересечения с асимптотой, т. е. прямой, параллельной оси абсцисс, устанавливающей предельное значение кривой нагрева.
Отрезок, отсекаемый на асимптоте касательной, проведенной в любой точке кривой нагрева и перпендикуляром, восстановленным из данной точки кривой нагрева к асимптоте, дает величину постоянной времени нагрева Тнагр в масштабе, принятом для оси абсцисс.
Постоянная времени охлаждения Тохл графически определяется аналогично. Только касательная проводится к любой точке кривой охлаждения, а отрезок Тохл получается на оси абсцисс.
Задача 4. Для электропривода, рассмотренного в задачах 1 3, оценить условия пуска электродвигателя , но при напряжении, равном 0,8 номинального.
Методические советы
Вращающий момент асинхронного двигателя для любой фиксированной частоты вращения прямо пропорционален квадрату приложенного напряжения, поэтому для всех частот вращения справедливо соотношение
13 EMBED Equation.3 1415, (16)
где М(Uн) – вращающий момент асинхронного двигателя при номинальном напряжении, Н(м;
М(U) – вращающий момент асинхронного двигателя при той же частоте вращения ротора, но при напряжении, по величине отличном от номинального, Н(м;
13 EMBED Equation.3 1415 – относительная величина напряжения в долях от номинального подведенного к электродвигателю.
Для оценки возможности пуска электродвигателя при нагрузке в случае снижения напряжения на (U% необходимо пересчитать вращающие моменты электродвигателя прямо пропорционально квадрату напряжения13 EMBED Equation.3 1415 и построить зависимость ( = f4[Мд(U)], совместив ее с механической характеристикой рабочей машины, приведенной к валу электродвигателя. Это позволит сделать заключение: электродвигатель не запустится; запустится или электродвигатель «застрянет» и не развернется до частоты вращения, соответствующей рабочей зоне его механической характеристики.
Задача 5. Составить принципиальную электрическую схему включения электродвигателя с указанием пускорегулирующей и защитной аппаратуры применительно к технологическому процессу, имеющему место в практике электроприводов локомотивных предприятий (см. табл. 5).
Привести краткое описание и указать назначение каждого элемента схемы, дать описание работы схемы.
Таблица 5
Варианты
Данные двигателей

0
Асинхронный короткозамкнутый двигатель трехфазного тока мощностью 10 кВт для привода металлообрабатывающего станка с динамическим торможением. Напряжение сети 380 В.

1
Асинхронный короткозамкнутый двигатель мощностью 7,5 кВт и асинхронный двигатель с фазным ротором мощностью 13 кВт трехфазного тока. Пускаются в заданной последовательности. Напряжение сети 380 В.

2
Асинхронный электродвигатель с фазным ротором мощностью 400 кВт для привода теплового двигателя тепловоза при обкатке. Напряжение сети 380 В.

3
Три асинхронных короткозамкнутых двигателя мощностью 1,1; 2,2 и 4 кВт для привода ленточных транспортеров одной технологической цепи. Напряжение сети 380 В

4
Синхронный двигатель трехфазного тока с машинным возбудителем мощностью 30 кВт для привода центробежного насоса. Пуск легкий. Напряжение сети 380 В.

5
Синхронный двигатель трехфазного тока без машинного возбудителя (с полупроводниковыми выпрямителями) мощностью 40 кВт, для привода компрессора. Напряжение сети 380 В.

6
Асинхронный двигатель однофазного тока мощностью 100 Вт для привода компрессора холодильника. Напряжение сети 220 В.

7
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения мощностью 4 кВт для привода электрокары. Напряжение сети 110 В.

8
Двигатель постоянного тока последовательного возбуждения мощностью 6 кВт для привода грейферного крана. Напряжение сети 110 В.

9
Двигатель постоянного тока смешанного возбуждения мощностью 1,0 кВт для привода подвесной тележки. Напряжение сети 220 В.

Методические советы
Электрические схемы управления электродвигателями следует приводить применительно к какому-либо технологическому процессу локомотивных предприятий.
На схеме указать марку и тип аппаратуры управления и защиты. Произвести выбор плавкой вставки, уставки автомата или реле для защиты электродвигателя от короткого замыкания. Дать краткое описание работы схемы.
При составлении схемы электропривода следует пользоваться условными обозначениями для графического изображения электрических схем в соответствии с ГОСТами ЕСКД.








13PAGE 15


13PAGE 14615




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 118770
    Размер файла: 174 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий