Репетиторские услуги и помощь студентам!
Помощь в написании студенческих учебных работ любого уровня сложности

Тема: Статические и динамические характеристики электроприводов

  • Вид работы:
    Курсовая работа (п) по теме: Статические и динамические характеристики электроприводов
  • Предмет:
    Другое
  • Когда добавили:
    26.03.2012 18:16:11
  • Тип файлов:
    MS WORD
  • Проверка на вирусы:
    Проверено - Антивирус Касперского

Другие экслюзивные материалы по теме

  • Полный текст:

    Содержание:

    Аннотация. 3

    1.  Электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения. 4

    1.1.     Исходные данные. 4

    1.2.     Выбор электродвигателя. 4

    1.3.     Построение механической и электромеханической характеристик. 4

    1.4.     Расчет характеристик переходных процессов. 6

    1.5.     Определение пределов изменения механической характеристики. 12

    1.6.     Расчет характеристики динамического торможения. 13

    1.7.     Расчет переходных процессов при изменении магнитного поля. 14

    1.8.     Расчет переходных процессов при сбросе и набросе нагрузки. 18

    1.9.     Построение АЧХ. 22

    1.10.       Расчет механических переходных процессов для пуска двухмассовой ЭМС. 23

    1.11.       Расчет механической характеристики в разомкнутой системе УП-Д. 25

    1.12.       Расчет механической характеристики  замкнутой системы УП-Д. 26

    1.13.       Расчет и построение переходных процессов в системе УП-Д. 27

    2.  Электропривод с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения. 30

    2.1.     Выбор двигателя. 30

    2.2.     Расчет естественной характеристики и пусковой диаграммы. 30

    2.3.     Расчет и построение реостатных характеристик. 31

    2.4.     Расчет и построение характеристик при пониженном напряжении. 31

    2.5.     Расчет и построение механической характеристики электродинамического торможения. 33

    2.6.     Построение желаемой характеристики. 35

    2.7.     Расчет динамических характеристик. 37

    3.  Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором. 38

    3.1.     Выбор электродвигателя. 38

    3.2.     Расчет и построение естественных, реостатных и пусковых характеристик. 38

    3.3.     Переходные процессы при работе двигателя на естественной характеристике. 41

    3.4.     Частотное регулирование с постоянной мощностью. 43

    3.5.     Частотное регулирование с постоянным моментом. 44

    3.6.     Расчет переходных процессов. 45

    3.7.     ЭДТ с независимым возбуждением. 46

    4.  Литература. 47


    Аннотация.


    В данной работе проведен расчет статических и динамических характеристик электропривода с различными типами электродвигателей: двигатель постоянного тока параллельного возбуждения П-22, двигатель постоянного тока последовательного возбуждения ДП-31 и асинхронный двигатель с фазным ротором МТ 011-6.

    Для двигателя постоянного тока параллельного возбуждения рассмотрены динамические характеристики в системе УП-Д, влияние различных параметров на пуск двигателя, а также исследовано демпфирующие действие электропривода.

    Данная работа состоит из расчетно-пояснительной записки на 47 листе и графической части, выполненной на 1 листе формата А1.

    1. Электропривод с двигателем постоянного тока параллельного возбуждения.


    1.1. Исходные данные.

                    

    Требуемая мощность двигателя:                


    1.2. Выбор электродвигателя.

    Согласно исходных данных электродвигатель постоянного тока параллельного возбуждения выбирается по приложению №7 [4].

    Тип: П-22



    Uн=220В

    Pн= 0,45 КВт

    nн=1000 об/мин

    Iн=2,75 А

    rя+ rд.п.= 9,65 Ом

    N=2484

    Wпар =4800

    Iвн= 0,25 А

    2а=2

    Ф =4,5 мВб

    rпар.=712 Ом


    1.3. Построение механической и электромеханической характеристик.

    В каталоге значения сопротивлений двигателя приведены для температуры окружающего воздуха 200С. Для приведения их к рабочей температуре 750С значения умножаются на коэффициент 1,22.

    Из формулы:

                                                                                  (1.1)

    вычислим значение коэффициента .

                               (1.2).

    Для дальнейших расчетов также потребуются значения токов статических (Ic1 и Ic2):

                                                                                                              (1.3)

     

    Расчет пусковых сопротивлений выполнен аналитическим методом. В первом приближении задаемся следующими значениями пусковых токов (I1 и I2):

    ;

    .

    При известном значении I1 используя закон Ома можно вычислить полное значение пусковых резисторов:

    .

    По этим данным можно вычислить значение коэффициента l и число ступеней пуска n:

    По условиям задачи число ступеней пуска равно 3.

    ,

    по формуле (3) находим значение тока I2:

     

    При известном значении l значения пусковых сопротивлений рассчитываются следующим образом:

    А значения сопротивление ступеней:

    Т.е., полное сопротивление пусковых резисторов равно:

    ,

    что равно ранее вычисленному.

    Пониженная скорость при шунтировании цепи якоря равна , где – скорость идеального холостого хода при I = 0 А. w0 рассчитывается по формуле (1.1):

    Статические электромеханические характеристики показаны на рисунке 1.1.

    Графоаналитическим методом по рис 1.0 находится IА =10,094 А и w= 39,285 рад/с. По этим данным можно найти значение добавочных сопротивлений:

    Преобразуя формулу (1.1) можно вычислить сопротивление в режиме противовключения 1 (движение вперед).

    Аналогично рассчитывается сопротивление противовключения 2 (движение назад):

    , где




    1.4. Расчет характеристик переходных процессов.

    Вид переходных процессов определяется постоянной времени  электромагнитной инерции Тя и электромеханической постоянной времени Тм.

    ;                                                 (1.6)

    ,                                             (1.7)

    где rя – сопротивление якоря двигателя;
                rд – добавочное сопротивление в цепи якоря двигателя;
                Lя – индуктивное сопротивление цепи якоря, определяемое по (1.8);
                J å – суммарный момент инерции якоря двигателя и системы

    ,                                                                                (1.8)

    где  k – коэффициент для некомпенсированных двигателей – 0,6

    При пуске, торможении, реверсе и получении пониженной скорости в цепь якоря двигателя вводится дополнительное сопротивление и, соответственно, роль Тя снижается (Тм >> Тя). Поэтому при расчете данных процессов пренебрегают значением Тя.

    Необходимость учета Тя возникает только при работе привода на естественной характеристике (когда отсутствуют добавочные сопротивления в якорной цепи), сброс и наброс нагрузки. В данном курсовом проекте выполнены расчеты работы двигателя на естественной характеристике для случаев, когда Тя=0 и Тя¹0.


    Тя=0 (пуск, реверс, торможение, работа на пониженной скорости)

     

    Переходных процессы рассчитываются по следующим формулам:

              – время переходного процесса;                   (1.9)

    ;                                                                      (1.10)

    ;                                                                          (1.11)

     

    Пуск двигателя:

     

    I-ступень

    Начальные условия:

    wнач = 0

    wс=wа1 ' = 91,039 рад/с

    Iнач= I1 = 6,875

    Iс=Ic1=1,791 А


    Tм
    = 5,511                   tп = 2,664 с


    Таблица №1.1

    t, с

    0

    1,332

    2,664

    w, рад/с

    0

    19,547

    34,897

    I, А

    6,875

    5,783

    4,926


    II-ступень

    Начальные условия:

    wнач=wа2 = 34,9 рад/с

    wс=wа3 ' =100,13 рад/с

    Iнач= I1 = 6,875 А

    Iс=Ic1 =1,791 А

    Tм= 3,949                                tп=  1,909 с


    Таблица №1.2

    t, с

    0

    0,954

    1,909

    w, рад/с

    34,9

    48,91

    59,9

    I, А

    6,875

    5,783

    4,926

     

    III-ступень

    Начальные условия:

    wнач =wа4 = 59,91 рад/с

    wс=wа5 ' =106,65 рад/с

    Iнач= I1 = 6,875 А

    Iс=Ic1 =1,791 А


    Tм
    = 2,829                               tп= 1,368 с


    Таблица №1.3

    t, с

    0

    0,684

    1,368

    w, рад/с

    59,91

    69,95

    77,83

    I, А

    6,875

    5,783

    4,926


    Выход на естественную характеристику

    Начальные условия:

    wнач = wа6  = 77,83 рад/с

    wс=wа5 ' =111,32 рад/с

    Iнач= I1 = 6,875 А

    Iс=Ic1 = 1,791 А

    Tм= 2,027               tп = 0,98 с


    Таблица №1.4

    t, с

    0

    0,98

    1,96

    2,94

    3,92

    w, рад/с

    77,83

    99

    106,79

    109,65

    110,71

    I, А

    6,875

    3,66

    2,479

    2,044

    1,884


    Работа на пониженной скорости:

    Начальные условия:

    wнач=wа7 =111,32 рад/с

    wс=wа9 = 20,52 рад/с

    Iнач= -I1= -6,875 А

    Iс=Ic1 = 1,791 А

      Tм= 3,224 с


    Таблица №1.5

    t, с

    0

    3,224

    6,448

    9,672

    12,896

    16,12

    w, рад/с

    111,32

    53,92

    32,81

    25,04

    22,18

    21,13

    I, А

    -6,875

    -1,397

    0,618

    1,36

    1,632

    1,73

     

    Торможение противовключением 1:


    Начальные условия:

    wнач = wа10  = 20,52 рад/с

    wс=wа11 ' = -160,53 рад/с

    Iнач=- I1 = - 6,875 А

    Iс=Ic1 =1,791 А

     

               Tм=6,446             

    (Iа11 = -5,893 А)


    Таблица №1.6

    t, с

    0

    0,388

    0,775

    w, рад/с

    20,52

    9,944

    0

    I, А

    -6,875

    -6,369

    -5,893


    Торможение противовключением 2:

    Начальные условия:

    wна ч=wа19 = -120,75 рад/с

    wс=wа21' =135,2 рад/с

    Iнач= I1 = 6,875 А

    Iс=Ic2 = -0,358 А

    Tм= 10,92    (Iа11 =3,47 А)

    Таблица №1.7

    t, с

    0

    3,47

    6,95

    w, рад/с

    -120,75

    -51,07

    0

    I, А

    6,875

    4,09

    3,47


     Динамические характеристики без учета электромагнитной инерции по данным таблиц №№ 1.1 ¸ 1.7 построены на рис 1.1 и 1.2.


    Тя¹0(выход на естественную характеристику)


    Переходные процессы описываются следующим дифференциальным уравнением:

                                                                                (1.12)

    Вид переходных процессов при учете электромагнитной инерции определяется соотношением Тя и Тм.

    Начальные условия для расчета переходного процесса:

    wнач =wа5 = 77,83 рад/с

    wс=wс ' =111,32 рад/с

    Мнач= 8,803 Н×м

    Мсc = 3,2 Н×м

                                                                        (1.13)

                                                               (1.14)

    Тм > 4×Тя – апериодический характер переходного процесса. Корни характеристического уравнения вещественные и рассчитываются по

                                                                 (1.15)

    Выражения для расчета переходного процесса имеют вид:

         (1.16)

                                                                                                                                                   (1.17)

    Если Тм < 4×Тя –переходный процесс будет колебательный. Для его исследования значение индуктивности якоря двигателя было увеличено Lя= 0,8 Гн.

          

    В данном случае корни уравнения (1.12) мнимые:

                                                                                         (1.18)

           (1.19)

    Переходный процесс рассчитывается по нижеследующим формулам:

                            (1.20)

            (1.21)

    Характеристики переходных процессов изображены на рисунках 1.3 и 1.4.

    1.5. Определение пределов изменения механической характеристики.

    При определении пределов, в которых будет изменяться механическая характеристика при колебаниях напряжения ±20%, необходимо учитывать для двигателя параллельного возбуждения изменение магнитного потока обмотки возбуждения.

    Напряжение будет изменяться в следующих пределах:

    U' =0,8×Uн=0,8×220 =176 В;

    U'' =1,2×Uн=1,2×220 =264 В

    Т.к., сопротивление обмотки возбуждении не изменяется, ток обмотки возбуждения будет изменяться пропорционально подводимому напряжению. По рис. 2-14 [4] находим пределы изменения магнитного потока возбуждения:

    Ф' = 0,925×Фн= 0,00418 Вб;

    Ф'' =1,058×Фн= 0,00478 Вб.

    ,

    где ,

           где       2p – число пар полюсов машины (2p=4);
                            N – число активных проводников якоря;
                            2а – количество параллельных ветвей обмотки якоря.

    Расчет механических характеристик производен по следующим формулам:

                         

     Таблица №1.8

    U

    w0

    U = Uн= 220 В

    123,1

    111,3

    U' = 0,8×Uн =176 В

    106,5

    92,71

    U'' =1,2×Uн =256 В

    135,5

    124,95

    Таким образом, при изменении подводимого напряжения в пределах ±20% Uн скорость будет изменяться в пределах +10% –13,5% (знак минус для пониженного напряжения).

    По данным таблицы № 1.8 построены графики механических характеристик на рис. 1.5.

    1.6. Расчет характеристики динамического торможения.

    Уравнение движения для электродинамического торможения имеет вид:

    ,                                                 (1.22)

    где    Mтреб       – момент двигателя, который обеспечит торможение при максимально допустимом ускорении торможения eдоп;
    M'с         – момент статический нагрузки  M'с= 0,5×Mн =2,143 Н×м.

    Из (1.22) находится Mтреб

    , что много больше максимально допустимого тока I1=6,875 А.  То есть в дальнейших расчетах используется значение тока I1.

    Из уравнения движения (1.22)

    Характеристика динамического торможения изображена на рис. 1.6.

    На основе построенных характеристик для точки а1 можно записать следующее:

    А для точки а2:

    На основании равенства скоростей в точках а1 и а2 можно вычислить значение сопротивления динамического торможения:    Согласно формуле (1.3) I'c=1,2 А.

           

    1.7. Расчет переходных процессов при изменении магнитного поля.

    Мс = 0,5´Мн = 2,143 Нм

    В расчете принята степень ослабления магнитного поля а = 0,6.

    По универсальной зависимости рис. 2-14 [4] определен ток обмотки возбуждения при ослабленном потоке iв2 = 0,35×iн = 0,0875 А. Тогда добавочные сопротивления рассчитываются следующим образом:

    Для расчета переходных процессов необходимо найти зависимость Ф(t):

    По универсальной зависимости рис. 2-14 [4] определяется диапазон изменения магнитного потока:

    Расчет переходных процессов проведен приближенным методом: время переходного процесса разбивается на  интервалы времени Dt, для каждого i-го участка рассчитываются следующие данные:

          Таблица 1.9. Расчетные данные переходного процесса при ослаблении поля

    Dti

    t

    Фсрi

    i

    Wci

    DWi

    Wi

    I

    M

     

    с

    с

    Вб

    с

    Рад/с

    Рад/с

    Рад/с

    А

    нм

    0

     

    0

    0,00452




    115,2166

    1,19926

    2,143

    1

    0,02

    0,02

    0,00436

    0,2061

    119,1723

    0,38386

    115,6004

    1,76654

    3,04418

    2

    0,02

    0,04

    0,00407

    0,23696

    127,1239

    0,97261

    116,573

    2,7741

    4,45835

    3

    0,02

    0,06

    0,00382

    0,26786

    134,5034

    1,33877

    117,9118

    3,54853

    5,36391

    4

    0,02

    0,08

    0,00362

    0,29807

    141,2455

    1,56565

    119,4775

    4,14569

    5,94056

    5

    0,02

    0,1

    0,00346

    0,32693

    147,3175

    1,70311

    121,1806

    4,60461

    6,3002

    6

    0,02

    0,12

    0,00333

    0,35395

    152,7162

    1,78192

    122,9625

    4,95385

    6,51421

    7

    0,02

    0,14

    0,00322

    0,37878

    157,4614

    1,82159

    124,7841

    5,215

    6,62905

    8

    0,02

    0,16

    0,00312

    0,40122

    161,5907

    1,83471

    126,6188

    5,40487

    6,67546

    9

    0,02

    0,18

    0,00305

    0,42123

    165,1527

    1,82959

    128,4484

    5,53682

    6,67408

    10

    0,02

    0,2

    0,00299

    0,43884

    168,2023

    1,81179

    130,2602

    5,62162

    6,63897

    11

    0,02

    0,22

    0,00294

    0,45417

    170,7966

    1,78509

    132,0453

    5,66805

    6,57985

    12

    0,02

    0,24

    0,00289

    0,46739

    172,9914

    1,75211

    133,7974

    5,68331

    6,50354

    13

    0,02

    0,26

    0,00286

    0,47872

    174,8397

    1,71468

    135,5121

    5,67336

    6,41491

    14

    0,02

    0,28

    0,00283

    0,48835

    176,3902

    1,67414

    137,1862

    5,64313

    6,3175

    15

    0,02

    0,3

    0,00281

    0,49649

    177,6866

    1,63146

    138,8177

    5,59671

    6,21392

    16

    0,02

    0,32

    0,00279

    0,50335

    178,7677

    1,58736

    140,405

    5,5375

    6,10616

    17

    0,02

    0,34

    0,00277

    0,5091

    179,6671

    1,54241

    141,9474

    5,46831

    5,99572

    18

    0,02

    0,36

    0,00276

    0,51391

    180,4139

    1,49702

    143,4445

    5,39149

    5,88378

    19

    0,02

    0,38

    0,00275

    0,51791

    181,0332

    1,45154

    144,896

    5,30897

    5,77127

    20

    0,02

    0,4

    0,00274

    0,52125

    181,5459

    1,40624

    146,3022

    5,22236

    5,65894

    ;                            


    ;

    ;

    ;

    ;

    ;


    При усилении поля с аФн до Фн в расчете переходных процессов изменятся только начальные условия, принцип останется прежним.


    Таблица 1.10. Расчетные данные переходного процесса при усилении поля

    Dti

    t

    Фсрi

    i

    Wci

    DWi

    Wi

    I

    M

     

    с

    с

    Вб

    с

    Рад/с

    Рад/с

    Рад/с

    А

    нм

    0

     

    0

    0,0027




    183,9673

    2,00765

    2,143

    1

    0,02

    0,02

    0,00276

    0,51407

    180,439

    -0,13727

    183,83

    1,64964

    1,79998

    2

    0,02

    0,04

    0,00288

    0,47342

    173,9792

    -0,41615

    183,4139

    0,97335

    1,10671

    3

    0,02

    0,06

    0,00298

    0,43966

    168,3435

    -0,68554

    182,7283

    0,37434

    0,44166

    4

    0,02

    0,08

    0,00309

    0,41128

    163,3951

    -0,94014

    181,7882

    -0,14961

    -0,1825

    5

    0,02

    0,1

    0,00318

    0,38719

    159,0254

    -1,1758

    180,6124

    -0,60143

    -0,75617

    6

    0,02

    0,12

    0,00327

    0,36654

    155,1474

    -1,38947

    179,2229

    -0,98476

    -1,27249

    7

    0,02

    0,14

    0,00335

    0,34872

    151,6902

    -1,57909

    177,6438

    -1,3037

    -1,72716

    8

    0,02

    0,16

    0,00343

    0,33321

    148,5959

    -1,74351

    175,9003

    -1,5628

    -2,11803

    9

    0,02

    0,18

    0,0035

    0,31965

    145,8163

    -1,88232

    174,018

    -1,76682

    -2,44482

    10

    0,02

    0,2

    0,00357

    0,30771

    143,3115

    -1,9958

    172,0222

    -1,9207

    -2,70881

    11

    0,02

    0,22

    0,00363

    0,29716

    141,0476

    -2,08474

    169,9374

    -2,02941

    -2,91251

    12

    0,02

    0,24

    0,00369

    0,28778

    138,9961

    -2,15036

    167,7871

    -2,09784

    -3,05938

    13

    0,02

    0,26

    0,00374

    0,27942

    137,1325

    -2,19419

    165,5929

    -2,13077

    -3,15356

    14

    0,02

    0,28

    0,00379

    0,27193

    135,436

    -2,218

    163,3749

    -2,13275

    -3,19965

    15

    0,02

    0,3

    0,00384

    0,2652

    133,8886

    -2,22367

    161,1512

    -2,10811

    -3,20253

    16

    0,02

    0,32

    0,00389

    0,25915

    132,4746

    -2,21317

    158,9381

    -2,06087

    -3,16715

    17

    0,02

    0,34

    0,00393

    0,25367

    131,1803

    -2,18848

    156,7496

    -1,99475

    -3,09844

    18

    0,02

    0,36

    0,00397

    0,24871

    129,9938

    -2,15153

    154,598

    -1,91314

    -3,00115

    19

    0,02

    0,38

    0,004

    0,24421

    128,9046

    -2,10418

    152,4939

    -1,81912

    -2,87983

    20

    0,02

    0,4

    0,00404

    0,24012

    127,9034

    -2,04818

    150,4457

    -1,71543

    -2,73873






















    Графики переходных процессов при ослаблении и усилении поля показаны на рис. 1.7¸1.10.

    1.8. Расчет переходных процессов при сбросе и набросе нагрузки.

    Расчет переходных процессов выполнен для сучаев Тм < 4×Тя и Тм > 4×Тя. по формулам (1.13) – (1.21).

     

    Наброс нагрузки:


    Начальные условия для расчета переходного процесса:

    wнач = w0 =123,1 рад/с

    wс=wс' = 91,52 рад/с

    Мнач= 0,0 Н×м

    Мс=2×Мн = 8,572 Н×м

                                                                       

                                                              

    Тм > 4×Тя – апериодический характер переходного процесса. Корни характеристического уравнения вещественные и рассчитываются по

                                                                

    Выражения для расчета переходного процесса имеют вид:

    (1.16)

    Графики переходных процессов изображены на рис. 1.11 и 1.12.

     

    Если Тм < 4×Тя –переходный процесс будет колебательный. Для его исследования значение индуктивности якоря двигателя было увеличено Lя= 0,8 Гн.

          

    В данном случае корни уравнения (1.12) мнимые:

                                                                                        

          

    Переходный процесс рассчитывается по нижеследующим формулам:

                




    Сброс нагрузки:


    Начальные условия для расчета переходного процесса:

    wнач = 91,52 рад/с

    wс=w0 '=123,1 рад/с

    Мнач=2×Мн= 8,572 Н×м

    Мс= 0,0 Н×м

          

     

    Тм > 4×Тя – апериодический характер переходного процесса


    Переходный процесс рассчитывается по нижеследующим формулам:

           

     

    Если Тм < 4×Тя –переходный процесс будет колебательный. Для его исследования значение индуктивности якоря двигателя было увеличено Lя= 0,8 Гн.

          


    Переходный процесс рассчитывается по нижеследующим формулам:

                    


    Графики переходных процессов изображены на рис.1.13 и 1.14.





    1.9. Построение АЧХ.

    Структурная схема двухмассовой упругой системы механизма:


     








                   


                

     

    Передаточная функция механизма переведена в [1] и имеет вид:

    Для построения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) данную передаточную функцию необходимо преобразовать:

     – АЧХ,

    где      J1=Jдв=0,052 Нмс2;
             
    J2=3×J1=0,156 Нмс2;
             
    W12=1,2 с-1.

    Рассчитанные значения сведены в таблицу №1.11.

    Таблица №1.11.

    w, с-1

    0

    0,1

    0,2

    0,3

    0,4

    0,5

    0,6

    0,7

    0,8

    0,9

    1,0

    1,1

    1,2

    1,3

    1,4

    А(w)

    8

    48,39

    24,71

    17,09

    13,52

    11,63

    10,68

    10,41

    10,81

    12,2

    15,73

    27,35

    8

    21,29

    9,51

    w, с-1

    1,5

    1,6

    1,7

    1,8

    1,9

    2,0

    2,1

    2,2

    2,3

    2,4

    2,5

    2,6

    2,7

    2,8

    2,9

    А(w)

    5,7

    3,86

    2,81

    2,14

    1,68

    1,35

    1,11

    0,925

    0,782

    0,667

    0,575

    0,5

    0,438

    0,386

    0,342


    График АЧХ построен на рисунке 1.15.

    1.10. Расчет механических переходных процессов для пуска двухмассовой ЭМС.

    В системе электропривода с упругой механической связью устанавливаются незатухающие колебания скоростей w1=f(t), w2=f(t) и нагрузки в упругом элементе M12=f(t). Расчет производится для вариантов Mc=Mн и Mc=0 по следующим формулам:

    ,

    ,

    , где

    J1=Jдв=0,052 Нмс2,            J2=3J1=0,156 Нмс2 – моменты инерции,

    M=2Mн=8,572 Нмс2,                     W12 =2 с-1

    Расчеты выполнены для двух вариантов Мс: Мс= Мн и Мс=0.

    1. Мсн=4,286 Нмс2

    Расчет производится  по следующим формулам:

    ,

    ,

    2. Мс=0

    Расчет производится по следующим формулам:

    ,

    ,


    По рассчитанным данным построены графики на рис. 1.16

    Рис.1.16 Механические переходные процессы в двухмассовой системе.

     
     


    1.11.  Расчет механической характеристики в разомкнутой системе УП-Д.

    eп=220 В,                   rп=2×rя= 2×11,77 = 23,54 Ом.

    В расчетах разомкнутой системе управляемый преобразователь-двигатель учитывается внутреннее сопротивление преобразователя. Поэтому формула механической характеристики запишется следующим образом:

    ,

    где

    Характеристика строится по двум точкам:

    ,


    Характеристика построена на рис. 1.18.





    1.12. Расчет механической характеристики  замкнутой системы УП-Д.

    Структурная схема замкнутой системы УП-Д имеет следующий вид:





                     

                                                                                                                             


                                                                                                    






    По известной связи жесткости характеристик замкнутой и разомкнутой систем находится w – скорость холостого хода замкнутой системы.

                                           (1.23)

                                                                         (1.24)

    Из формул (1.13) и (1.14) вычисляется w :

    Уравнение механической характеристики для замкнутой системы УП-Д имеет вид [1]:

    ,                                               (1.25)

    где  kп = 100 – коэффициент усиления преобразователя;
                kос – коэффициент обратной связи по скорости;
                Uз – задающий сигнал.

    Из (1.15):

    Отсюда можно найти kос

    При известном kос из формулы можно вычислить задающий сигнал Uз

    Уравнение механической характеристики для замкнутой системы УП-Д имеет вид:

    График механической характеристики показан на рис. 1.18.



    1.13. Расчет и построение переходных процессов в системе УП-Д.

    eпн=220 В;               Мс=Мн= 4,286 Н×м;                 JS =1,5×Jдв= 0,078 Нмс2;

    ;                   

    Переходный процесс состоит из двух участков: нарастание eп до номинального значения и выход на установившейся режим. Формулы для расчета переходного процесса на втором участке одинаковы для всех режимов (пуск, реверс, торможение):

    ;                                                                      (1.26)

    ;                                                                (1.27)

    t' = 0 ¸ 4×Тм.

    ,  (1.28)                                                              

    где


    Пуск:

    Формулы для расчета переходного процесса на первом участке:

    Таблица № 1.12.

    t, c

    0,0

    0,10

    0,20

    0,30

    0,40

    0,50

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    w. рад/с

    0,0

    -4,61

    -7,6

    -9,14

    -9,38

    -8,48

    -6,55

    -0,06

    9,33

    21,02

    М, Нм

    0,0

    1,345

    2,54

    3,61

    4,56

    5,4

    6,16

    7,42

    8,43

    9,23


    Начальные условия для второго участка:

    wнач = 21,02 рад/с

    wс =75,71 рад/с

    Мнач = 9,23 Н×м

    Мсc= 4,286 Н×м

    ;;                                                             

    Таблица № 1.13.

    t', с

    0

    Тм = 0,862

    2Тм =1,724

    3Тм = 2,586

    4Тм =3,448

    5Тм = 4,31

    w, рад/с

    21,02

    55,59

    68,31

    72,99

    74,71

    75,34

    М, Нм

    9,23

    6,1

    4,96

    4,53

    4,38

    4,32


    Реверс:

    Формулы для расчета переходного процесса на первом участке:

    Таблица № 1.14.

    t, c

    0,00

    0,30

    0,60

    0,90

    1,2

    1,5

    1,8

    2,1

    2,4

    w. рад/с

    75,71

    70,93

    58,52

    40,72

    19,11

    -5,18

    -31,3

    -58,9

    -87,37

    М, Нм

    4,286

    1,94

    0,277

    -0,89

    -1,72

    -2,31

    -2,72

    -3,01

    -3,21


    Начальные условия для второго участка:

    wнач= - 87,37 рад/с

    wс = -170,49 рад/с

    Мнач=-3,21 Н×м

    Мсc = 4,286 Н×м

    ;;                                         

    Таблица № 1.15.

    t', с

    0

    Тм = 0,862

    2Тм =1,724

    3Тм = 2,586

    4Тм =3,448

    5Тм = 4,31

    w, рад/с

    -87,37

    -139,9

    -159,2

    -166,35

    -168,97

    -169,9

    М, Нм

    -3,21

    1,528

    3,27

    3,913

    4,149

    4,235


    Торможение:

    Формулы для расчета переходного процесса на первом участке такие же, что и для реверса.

    Таблица № 1.16.

    t, c

    0,0

    0,10

    0,20

    0,30

    0,40

    0,50

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    w, рад/с

    -170,5

    -170

    -168,3

    -165,7

    -162,3

    -158,1

    -153,3

    -142

    -128,6

    -113,9

    М, Нм

    4,286

    5,16

    5,94

    6,63

    7,25

    7,8

    8,29

    9,12

    9,77

    10,29

    Начальные условия для второго участка:

    wнач= -113,9 рад/с

    wс= -47,39 рад/с

    Мнач=10,29 Н×м

    Мсc= 4,286 Н×м

    ;;                                         

    Таблица № 1,17,

    t', с

    0

    Тм = 0,862

    2Тм =1,724

    3Тм = 2,586

    4Тм =3,448

    5Тм = 4,31

    w, рад/с

    -113,9

    -71,86

    -56,39

    -50,7

    -48,6

    -47,84

    М, Нм

    10,29

    6,49

    5,098

    4,58

    4,39

    4,326

    По таблицам №№ 1.12 ¸ 1.17 на рис. 1.19 и 1.20 построены графики переходных процессов.

    2. Электропривод с двигателем постоянного тока последовательного возбуждения.


    2.1. Выбор двигателя.

    Двигатель ДП-31

           ()         

                            


    2.2. Расчет естественной характеристики и пусковой диаграммы.

    Естественные характеристики  и  можно получить, пересчитав универсальные зависимости, приведенные на рис. 2-14 [4], на абсолютные значения.

    ;  ;         

    Данные для построения естественных характеристик приведены в таблице №2.1, а график изображен на рис. 2.1.

    Таблица №2.1

    I

    0,2

    0,3

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    1,4

    1,6

    1,8

    2,0

    2,2

    2,4

    I [A]

    10

    15

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    120

    m

    0,1

    0,16

    0,26

    0,48

    0,73

    1,0

    1,30

    1,60

    1,90

    2,21

    2,54

    M [Нм]

    10,54

    16,44

    27

    50,4

    76,95

    105,4

    137

    168,7

    200,3

    233,1

    268,2

    n

    3,5

    1,90

    1,33

    1,11

    1,00

    0,88

    0,8

    0,74

    0,69

    0,63

    0,6

    0,55

    w [с-1]

    282,2

    153,2

    107,2

    89,3

    79,7

    71,7

    65,4

    60

    55,5

    51,0

    48,38

    44,35


    Пуск двигателя производится в 3 ступени. Расчет пусковых резисторов проведен графоаналитическим методом лучевой диаграммы (см. рис. 2.1).

             подбирается графическим методом на пусковой диаграмме.

    Расчет характеристики 1 ступени произведен аналитическим методом по формуле:

    Полное сопротивление пускового резистора:

    Сопротивление ступеней пускового резистора равно:

              – первая ступень;

              – вторая ступень.

                 – третья ступень





    2.3. Расчет и построение реостатных характеристик.

    Реостатная характеристика проходит через точку  и .

    По универсальной характеристике (рис. 2-43 [4]) найдено значение добавочного сопротивления:

    Абсолютное значение добавочного сопротивления:

    Расчет реостатной характеристики произведен аналитическим методом по формуле:

    При построении реостатных характеристик использовались универсальные характеристики (рис. 2-41 и 2-43 [4]). Данные представлены в таблице № 2.2, графики построены на рис. 2.2 и 2.3.

    Таблица №2.2

    I

    0,2

    0,3

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    1,4

    1,6

    1,8

    2,0

    2,2

    2,4

    I [A]

    10

    15

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    120

    m

    0,1

    0,16

    0,26

    0,48

    0,73

    1,0

    1,30

    1,60

    1,90

    2,21

    2,54

    M [Нм]

    10,54

    16,44

    27

    50,4

    76,95

    105,4

    137

    168,7

    200,3

    233,1

    268,2

    w [с-1]


    251,8

    130,9

    83,2

    61,9

    48,3

    36,8

    27,2

    18,7

    11,2

    4,28

    -2

    -7,79


    2.4. Расчет и построение характеристик при пониженном напряжении.

    При расчете характеристик использовалась связь между естественной и искусственной электромеханической характеристиками:

    Рассчитанные данные для построения графика сведены в таблицу №2.3. Графики построены на рис. 2.2 и 2.3.


    Таблица №2.3

    I [A]

    15

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    120

    wе-1]

    282,2

    153,2

    107,2

    89,3

    79,7

    71,7

    65,4

    60

    55,5

    51,0

    48,38

    44,35

    w [с-1]

    135,7

    72,6

    49,3

    39,8

    34,3

    29,6

    25,9

    22,6

    19,9

    17,2

    15,22

    12,89

    M [Нм]

    16,44

    27

    50,4

    76,95

    105,4

    137

    168,7

    200,3

    233,1

    268,2



    2.5. Расчет и построение механической характеристики электродинамического торможения.

    Расчет выполнен по методике, описанной на стр. 147 [4].

    Использую данную формулу и исходные данные (wр1 = – 0,8wн, wр2 = – 0,3×wн, Мс=1,5Мн), можно вычислить сопротивление динамического торможения:

    За единицу потока (Е/n) примем величину :

    На универсальной характеристике 2-41 стр. 127[4] точке 1,5Мн соответствует ток 1,34




    Графики динамического торможения построены на рис. 2.4 согласно данным таблицы №2.4.


    Таблица №2.4.

    I

    -2

    -1,8

    -1,6

    -1,4

    -1,2

    -1,0

    -0,8

    -0,6

    -0,5

    -0,4

    -0,3

    -0,2

    -0,1

    I, А

    -100

    -90

    -80

    -70

    -60

    -50

    -40

    -30

    -25

    -20

    -15

    -10

    -5

    (E/n)e

    0,343

    0,329

    0,314

    0,3

    0,286

    0,269

    0,237

    0,206

    0,186

    0,157

    0,12

    0,086

    0,049

    m

    -2,55

    -2,2

    -1,9

    -1,6

    -1,3

    -1,0

    -0,74

    -0,47

    -0,37

    -0,25

    -0,17

    -0,07

    -0,02

    M, Н×м

    -268,8

    -231,9

    -200,3

    -168,7

    -137

    -105,4

    -78,01

    -49,55

    -39

    -26,36

    -17,92

    -7,38

    -2,1

    w1, рад/с

    82,59

    77,49

    72,17

    66,09

    59,43

    52,65

    47,81

    41,25

    38,07

    36,08

    35,41

    32,94

    28,9

    w2, рад/с

    30,96

    29,05

    27,05

    24,78

    22,28

    19,74

    17,92

    15,46

    14,27

    13,53

    13,27

    12,35

    10,83


    2.6. Построение желаемой характеристики.

    Желаемая характеристика проходит через точку

                                  

                         


    Расчет произведен по методике, описанной на стр. 147-154 [4]

    Выбор rп  и rш произведем по диаграмме 2-52 на стр. 149.

          

        

     -поток на естественной характеристике

    Таблица №2.5.

    i

    0,4

    0.6

    0,8

    1,2

    1,6

    IВ, А

    20

    30

    40

    60

    80

    М, Нм

    27

    50,4

    76,95

    137,0

    200,3

    w, рад/с

    153,2

    107,2

    89,3

    71,7

    60

    (Е/n)e

    0,143

    0.199

    0,230

    0,271

    0,306

    IB(rпос+rп)

    78,36

    117,5

    156,72

    235,1

    313,4

    Iшrш

    141,64

    102,5

    63,28

    -15,1

    -93,4

    Iш, А

    56,65

    40,98

    25,31

    -6,04

    -37,36

    IЯ, А

    -36,65

    -10,98

    14,7

    66,04

    117,36

    IЯ×rЯ+дп

    -15,5

    -4,64

    6,22

    27,93

    49,64

    ЕИ

    157,04

    107,14

    57,06

    -43,03

    -143,04

    Ми, Нм

    -49,48

    -18,44

    28,28

    150,8

    293,8

    wи, рад/с

    115

    56,4

    26

    -16,6

    -48,95


    График построен на рис. 2.5 (по данным таблицы №2.5.).





    2.7. Расчет динамических характеристик.

                                   

    Переходные процессы рассчитываются приближенным графоаналитическим методом: переходный участок разбивается на равные отрезки скорости Dw и для каждого рассчитываются следующие параметры:

    Таблица №2.6.

    i

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    10

    M, Нм

    -47,16

    -45,94

    -44,67

    -42,96

    -41,14

    -39,89

    -36,37

    -33,5

    -30,1

    -26,3

    Mср, Нм


    -46,55

    -45,3

    -43,82

    -42,05

    -40,52

    -38,13

    -34,93

    -31,8

    -28,2

    w, рад/с

    105,35

    108,8

    96,3

    91,8

    87,3

    82,7

    78,2

    73,7

    69,2

    64,7

    Dw, рад/с


    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    Dti, с


    0,02

    0,0187

    0,019

    0,01946

    0,02

    0,0206

    0,0213

    0,0222

    0,0233

    t, c

    0

    0,02

    0,0412

    0,0622

    0,0837

    0,1056

    0,1281

    0,1513

    0,1753

    0,2

    Таблица №2.6(окончание).

    i

    11

    12

    13

    14

    15

    16

    17

    18

    19

    20

    21

    M, Нм

    -22,19

    -17,6

    -12,35

    -6,6

    -0,41

    6,49

    14,27

    22,63

    31,82

    41,93

    52,71

    Mср, Нм

    -24,24

    -19,89

    -14,97

    -9,475

    -3,505

    3,04

    10,38

    18,45

    27,23

    36,875

    47,32

    w, рад/с

    60,2

    55,7

    51,15

    46,6

    42,1

    37,6

    33,1

    28,6

    24,1

    19,5

    15,01

    Dw, рад/с

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    4,517

    Dti, с

    0,0246

    0,0261

    0,02796

    0,0303

    0,0334

    0,0378

    0,0436

    0,052

    0,0687

    0,1088

    0,313

    t, c

    0,2269

    0,2548

    0,2849

    0,3176

    0,3537

    0,3946

    0,4427

    0,5022

    0,5825

    0,7148

    1,378


    Графики построены на рис. 2.6.

    3. Электропривод с асинхронным двигателем с фазным ротором.

    3.1. аВыбор электродвигателя.

    Тип: МТ011-6



    Uн=380В

    fн=50 Гц

    ПВ=25%

    Pн=1400 Вт

    nн=885 об/мин (wн=92,68 1/c)

    l=Mм/Mн=2,3

    СТАТОР:

     

     

     

    cos jн = 0,65

    cos jх.х = 0,15

     

    Iсн=5,3 А

    Iсх.х.=3,9 А

     

    rс.=5,98 Ом

    xс.=3,93 Ом

    РОТОР:

     

     

     

    Eрн=112В

    Iрн=9,3А

     

    rр.= 0,695 Ом

    xр.=0,57 Ом

     

    kе= 3,14

    J = 0,0212 Н×м×с2

     

     


    3.2. Расчет и построение естественных, реостатных и пусковых характеристик.

    Для расчета, прежде всего, необходимо привести параметры ротора к статору.

    Расчет характеристик произведен по следующим формулам:

                        (3.1)

    ,                                                    (3.2)

    где – критическое скольжение;    (3.3)

                            – скольжение;                                                            (3.4)

         – скорость идеального холостого хода;       (3.5)

    Критический момент: -

        (3.6)


    Расчет искусственной характеристики проведен способом, описанным на стр. 192 [4]: "… при любых одинаковых моментах для искусственной и естественной характеристик асинхронного двигателя скольжение на искусственной характеристике во столько раз больше, чем на естественной, во сколько полное активное сопротивление линии ротора больше внутреннего активного сопротивления двигателя."

                                                                                                  (3.7)

    При расчете скольжения на искусственной характеристике использовалось выражение (3.7). Данные для построения графиков отраженны в таблице №3.1 (естественная характеристика) и 3.2 (искусственная характеристика).

    Таблица №3.1.

    s

    0,0

    0,10

    0,20

    0,30

    0,40

    0,50

    0,60

    0,70

    0,80

    0,90

    1,00

    w, 1/с

    105,00

    94,50

    84,00

    73,50

    63,00

    52,50

    42,00

    31,50

    21,00

    10,50

    0,00

    I'2, А

    0,00

    2,39

    5,32

    7,25

    8,8

    10,1

    11,1

    11,93

    12,64

    13,2

    13,75

    M, Нм

    0,00

    12,8

    23,8

    31,8

    36,8

    39,3

    41,1

    39,7

    38,6

    37,2

    35,6

    Таблица №3.2.

    s

    0,0

    0,10

    0,20

    0,30

    0,40

    0,50

    0,60

    0,70

    0,80

    0,90

    1,00

    w, 1/с

    105,00

    94,50

    84,00

    73,50

    63,00

    52,50

    42,00

    31,50

    21,00

    10,50

    0,00

    I'2, А

    0,00

    0,66

    1,3

    1,91

    2,5

    3,06

    3,6

    4,11

    4,61

    5,08

    5,53

    M, Нм

    0,00

    2,76

    5,51

    8,2

    10,9

    13,4

    15,9

    18,3

    20,6

    22,7

    24,7


    Пусковые сопротивления рассчитаны по методу, описанному на стр. 214 [4].

    Схема соединения пусковых сопротивлений – звезда, контакторов – неполная звезда

    Число ступеней пуска m =3.

    Моменты переключения: М2=1,15×Мс=1,15×15,11=17,38 Нм

    5

    Сопротивления ступеней:

    Суммарное сопротивление равно:

    Графики характеристик построены на рис. 3.1¸3.3.


    3.3. Переходные процессы при работе двигателя на естественной характеристике.

    Переходные процессы рассчитаны для случая наброса нагрузки
    с Мс1 =0 до Мс2 =2×Мн =30,22 Нм.

    4×Тя > Тм – переходный процесс имеет колебательный характер.

    Переходный процесс рассчитывается по формулам (1.18) – (1.21)

    Начальные условия:

    wнач =w0 =105 рад/с

    wс=wс = 76 рад/с

    Мначс1=0,0 Н×м

    Мсc2 = 30,22 Н×м


                                   (1.19)

            (1.20)


                                    (1.21)


    Графики переходных процессов построены на рис. 3.4 и 3.5.





    3.4. Частотное регулирование с постоянной мощностью.

    Диапазон регулирования Д=3:1

    Регулирование с постоянной мощностью производится изменением частоты питающей сети при неизменном ее напряжении (f = var, U = const).

    Индуктивное сопротивление , то есть сопротивление прямо пропорционально частоте. То есть, сопротивление при некоторой частоте f1 () равно:

                                                                                           (3.8)

    Так как скорость идеального холостого хода также прямо пропорциональна частоте питающей сети, для достижения трехкратной скорости необходимо повысить частоту в 3 раза.

    Расчетные формулы (3.2) – (3.5)

                                                                                          (3.9)

    Таблица №3.3.

     

    kf

    xk

    w0

    sк

    wк

    Мк

    Мс

    f =fн=50 Гц

    1,00

    9,55

    105

    0,608

    41,16

    40,09

    17,43

    f=2×fн=100 Гц

    2,00

    19,1

    209

    0,342

    137,5

    13,36

    5,81

    f=3×fн=150 Гц

    3,00

    28,65

    314

    0,234

    240,5

    6,56

    2,85


    По таблице №3.3 на рис. 3.6. построены характеристики частотного регулирования.




    3.5. Частотное регулирование с постоянным моментом.

    Диапазон регулирования Д=10:1

    Данное регулирование производится при               (3.10)

    При уменьшении частоты питания менее 50 Гц, напряжение питания снижается в меньшей степени, чем частота. Поэтому напряжение определяется из формулы (3.6):

    Остальные параметры определяются как в п. 3.4.

    Таблица №3.4.

     

    kf

    xk

    w0

    sк

    wк

    Uф

    f=0,1×fн=5 Гц

    0,10

    0,955

    10,5

    1,131

    -1,375

    58,12

    f=fн=50 Гц

    1,00

    9,55

    105

    0,608

    41,16

    220


    Характеристики построены на рис. 3.7.





    3.6. Расчет переходных процессов.

             JS = 0,0212 Н×м×с2

    Переходный процесс при переходе с минимальной скорости на максимальную (см. пункт 3.5) рассчитывается приближенным графоаналитическим методом.

    Участок переходного процесса разбивается на равные отрезки, и для каждого рассчитываются следующие значения:

    Скорость изменяется в пределах от 9,4 рад/с до 99 рад/с, а скольжение соответственно от 0,1048 до 0,0571.


    На основании расчетных данных построены графики на рис. 3.8.





    3.7. ЭДТ с независимым возбуждением.

    Характеристика ЭДТ проходит через точку w =wн = 92,68 с-1 и –М = -1,2×Мн = 18,13 Нм

    Расчет характеристики произведен по универсальным зависимостям динамического торможения (рис. 3-27 [4])

    Iв = 2,0×Iсх = 2,0×3,9 = 7,8 А

    Расчет частот вращения АД характеристики ЭДТ проведен способом, описанным
    на стр. 242 [4]: "… при данном токе возбуждения для любого данного момента частота вращения двигателя пропорциональна полному активному сопротивлению цепи ротора."

    Таблица №3.5.

    n

    1,0

    0,9

    0,8

    0,7

    0,6

    0,5

    0,4

    0,3

    0,2

    0,1

    0,0

    w c-1  Rp*=1

    105,0

    94,5

    84

    73,5

    63

    52,5

    42

    31,5

    21

    10,5

    0

    w c-1  Rp*=0.88

    92.68

    83.4

    74.15

    64.88

    55.6

    46.34

    37.07

    27.81

    18.54

    9.27

    0

    m

    -1,2

    -1,14

    -1,07

    -0,97

    -0,875

    -0,73

    -0,6

    -0,45

    -0,3

    -0,17

    0,0

    М

    -18,1

    -17,2

    -16,2

    -14,6

    -13,2

    -11

    -9,06

    -6,8

    -4,53

    -2,57

    0


    Характеристика построена на рис. 3.9.



    4. Литература.

    1. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. – М.: Энергия, 1979.

    2. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1985.

    3. Основы автоматизированного электропривода / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинявский – М.: Энергия, 1974.

    4. Вешневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. – М.: Энергоиздат, 1977.

    5. Теличко Л.Я., Ченцов К.Ю. Методические указания к курсовому проекту по дисциплине "Теория электропривода". Липецк, ЛГТУ, 1998.

    6. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. – М.: Мир, 1982.


Если Вас интересует помощь в НАПИСАНИИ ИМЕННО ВАШЕЙ РАБОТЫ, по индивидуальным требованиям - возможно заказать помощь в разработке по представленной теме - Статические и динамические характеристики электроприводов ... либо схожей. На наши услуги уже будут распространяться бесплатные доработки и сопровождение до защиты в ВУЗе. И само собой разумеется, ваша работа в обязательном порядке будет проверятся на плагиат и гарантированно раннее не публиковаться. Для заказа или оценки стоимости индивидуальной работы пройдите по ссылке и оформите бланк заказа.