1. Выполнение разделов курсовой работы

Исходные данные

Исходные данные на курсовую работу - в прил. I; они сообщаются преподавателем каждому студенту индивидуально в соответствии с но­мером задания. Выполнение курсовой работы по заданию, не согласо­ванному с преподавателем, запрещается.

Описание работы электропривода системы генератор – двигатель.

Схема управления и силовой части системы генератор - двига­тель (рис.1) предусматривает две рабочие скорости вращения дви­гателя Ml: основную (номинальную) ω _Н и половинную, равную 0,5 ω _Н . Управление системой осуществляется с помощью командо - аппарата S5 , имеющего пять положений. В положении I двигатель Ml работает на основной характеристике, переключение в положение 2 обеспечивает вращение двигателя с половинной скоростью. В поло­жении. 3 обмотка возбуждения генератора LG1.2 отключена. В поло­жениях 4 и 5 двигатель Ml вращается в противоположном направле­нии (реверс) соответственно с половинной и основной скоростью. При номинальной скорости вращения электродвигателя Ml в цепь воз­буждения генератора LG 1.2 вводятся резисторы R1 и R2, при по­ловинной скорости - R1 , R2 и R3. Пуск электродвигателя осуще­ствляется с форсировкой возбуждения генератора закорачиванием на время переходного процесса резисторов R2 и R3 контактами кон­тактора К5. Отсечка форсировки выполняется с помощью релe напря­жения К6 и К7, включенных на шины генератора G1 и настроенных на напряжения, соответствующие значению выбранной скорости двига­теля. Остановка электродвигателя происходит при переводе командо - аппарата в положение 3, при этом гашение энергии магнитного поля возбуждения генератора осуществляется в разрядном контуре "обмот­ка возбуждения LG1.2 - разрядное сопротивление.

Схема обеспечивает ряд защит электропривода:

- от снижения тока возбуждения двигателя ниже допустимого с помощью реле обрыва поля К9;

- превышения напряжения генератора выше допустимого - реле К8;

- максимальную токовую защиту - реле KII;

- нулевую защиту (от самозапуска после кратковременного исчез­новения напряжения) - реле KI.

Все реле защиты воздействуют на реле нулевой защиты, отклю­чающее обмотку возбуждения генератора.

В данном разделе пояснительной записки необходимо предста­вить схему электропривода системы генератор - двигатель, выяснить назначение всех элементов схемы и порядок из выбора, разобраться самостоятельно и сделать описание подготовки схемы к работе, а также ее работы при пуске двигателя до основной и промежуточной скорости вращения, реверсе и остановке.

Выбор генератора и его приводного асинхронного двигателя

Выбор генератора производится по номинальным данным двигате­ля, при этом номинальное напряжение генератора должно быть при­близительно на 5 % больше номинального напряжения двигателя, а

I_нг ≥ I_но,

где I_нг, I_но - номинальный ток соответственно генератора и двигателя, A.

Технические данные генераторов и их характеристики намагни­чивания помещены в прил.2.

Необходимо построить характеристику намагничивания Ф_Г = f(F), а также рассчитать к построить характеристику холостого хода ге­нератора Ег =f(Iвг) при номинальной скорости вращения генера­тора ω _Д = ω _ГН . ЭДС генератора определяется по соотношению:

Е_Г = К_ГФ_Г ω _Г ,

Рис.1

где К_Г - конструктивный коэффициент;

Ф_Г - поток возбуждения, Вб;

ω _Г - угловая скорость вращения, рад/с.

(3)

где Wя - число витков обмотки якоря генератора;

р - число пар полюсов возбуждения;

а - число параллельных ветвей обмотки якоря.

Ток возбуждения генератора

(4)

где F - намагничивающая сила, А;

W_oв - число витков обмотки возбуждения генератора.

При выборе приводного асинхронного двигателя необходимо вы­полнить условия:

Р_{Н АД} ≥ Р_НГ, (5)

ω _{н ад} ≥ ω _гн, (6)

где Рн.ад , Рнг. - соответственно номинальная мощность асинхронного

двигателя и генератора, Вт;

ω _{н ад}, ω _нг - номинальная угловая скорость вращения асинхрон­ного двигателя и генератора. рад/с.

Расчет и построение статических характеристик электропривода

Статические характеристики (электромеханическая ω =f(Iя) и механическая ω =f(M)) рассчитываются по известным соотношениям для двигателя постоянного тона независимого возбуждения [1,2]

(7)

(8)

где К - конструктивный коэффициент двигателя;

Ф_н - номинальный поток его возбуждения, Вб;

R_ЯΣ - сопротивление якорной цепи, Ом.

Произведение (КФ_Н ) определяется по паспортным данным дви­гателя:

(9)

где Uн - номинальное напряжение двигателя, В;

ω_нд - номинальная угловая скорость его вращения, рад/с.

R_ЯΣ = Кт*( R_ЯГ + R_ДПГ + R_ЯД + R_ДПД + R_ПР)+ R_{Щ (10)}

здесь Kт - температурный коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления при нагреве, Кт =1,24;

Rяг, Rяд - сопротивления якоря генератора и двигателя, Ом;

Rдпг, Rдпд - сопротивление дополнительных полюсов генератора и двигателя, Ом;

Rпр - сопротивление соединительных проводов, Ом;

Rщ - сопротивление щеточных контактов, Ом.

При определении R_пр принять длину провода l = (20÷30) м, считать провода медными (р = 0,017 Ом*мм²/м).

Допустимая плотность тока j = 4 А/мм².

(11)

Сопротивление щеточных контактов

где ΔU_Щ - падение напряжения в щеточных контактах, В.

Считать ΔU_Щ неизменным и равным (0,6÷I) В на щеточный контакт.

В курсовой работе необходимо рассчитать статические характеристики, обеспечивающие работу двигателя с номинальной и поло­винной скоростью вращения при нагрузке на его валу, равной ста­тическому моменту сопротивления.

Мс = Кз * Мн (13)

где Кз - коэффициент нагрузки;

Мн - номинальный момент, Н*м.

(14)

здесь Р_НД - номинальная мощность, Вт.

Для построения статической характеристики двигателя необходимо знать лишь две точки, так как она представляет собой прямую линию. В качестве таких точек удобно принять точку, соответствующую идеальному холостому ходу ( Мс = 0), и точку, в которой при М = Мс скорость вращения Од ω= ω_нд или ω=0,5 ω_нд. Для обеспечения требуемой скорости вращения двигателя ЭДС генератора должна превышать ЭДС двигателя в установившихся режимах на величину падения напряжения в сопротивлении якорной цепи:

(15)

где Iя - ток двигателя, определяемый нагрузкой на валу двигателя, А.

Необходимо также рассчитать и построить естественные статические характеристики двигателя независимого возбуждения и характеристики двигателя в системе генератор - двигатель при Мс = Мн и ω= ω_нд.

Графики статических характеристик двигателя построить в четырех квадрантах координатной плоскости [М, ω] и [Iя, ω] с обозначением рабочих точек. Оценить жесткость характеристик.

По кривым холостого хода и намагничивания генератора для установившихся значений ЭДС генератора, обеспечивающих основную и половинную скорость вращения двигателя, определить необходимые значения токов и потоков возбуждения генератора.

Определение динамических параметров электропривода

Динамическими называются параметры, определяющие характер протекания переходных процессов.

При расчетах пренебрегают электромагнитной инерционностью якорной цепи, реакцией якорей генератора и двигателя, влиянием вихревых токов. С учетом этих допущений к динамическим парамет­рам системы генератор - двигатель относятся: электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения генератора - Tв , электро­механическая постоянная времени электропривода

(16)

где J - приведенный к валу двигателя момент инерции всей сис­темы, КГ *M²

J=Kj*Jд (17)

где Кj - коэффициент инерции привода;

Jд - момент инерции якоря двигателя, кг* м².

(18)

где Lв - индуктивность обмотки возбуждения генератора, Гн;

Rвг - активное сопротивление обмотки возбуждения генера­тора, Ом.

Индуктивность обмотки возбуждения является переменной вели­чиной и зависит от тока возбуждения. Пользуясь кривой намагничи­вания Фг=f(F) , находят зависимость Lв = f(Iвг) по формуле

(19)

где Фнг, Iвгн - номинальные значения потока и тока возбуждения генератора;

б_н - коэффициент рассеивания магнитного потока при номинальном режиме, его обычно принимают рав­ным 1,1÷1,2.

Расчеты по формуле (19) удобно свести в табл.1.

По данным табл.1 строят зависимость

Таблица I. Расчет индуктивности обмотки возбуждения

Примечание. Iвг ср j - среднее значение тока возбуждения на j-м расчетном участке.

По данным табл.1 строят зависимость Lв=f (Iвг cp) .

При нахождении Тв по формуле (18), как правило, пользуются средним значением индуктивности Lв= Lвср, которое определяется на рабочем участке изменения тока возбуждения от нуля до значения I_В1 , соответствующего работе двигателя на основной скорости.

Согласно [2 ]:

(20)

где Кнас - коэффициент насыщения,

(21)

здесь Fлин - намагничивающая сила, создающая номинальный поток

при отсутствии насыщения магнитной цепи, А.

Можно использовать для определения Lв графическое интегрирование, основанное на использовании первой теоремы о среднем значении определенного интеграла [З]:

(22)

где Iвг1 - ток возбуждения генератора, соответствующий работе двигателя на основной скорости, А.