Электрические машины

Содержание

 

Стр:

I Введение         3

II Основная часть

1. подготовительные расчёты     6
2. расчёт рабочих характеристик    10
3. расчёт пусковых сопротивлений    13
4. расчёт пусковых характеристик    14

 

ІІІ Заключение         21

 

IV Габаритный чертеж        22

 

V Список использованных источников    23

 

VI Лист замечаний        24

 

I  ВВЕДЕНИЕ

 

Электрические машины применяются  на данный момент практически во всех отраслях промышленности и в быту. Существует большое разнообразие электрических  машин, которые различаются по принципу действия, мощности, частоте вращения.

Электрические машины являются преобразователем, который может преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот. Машины, в которых происходит преобразование механической энергии в электрическую называются генераторами. Машины, в которых происходит преобразование электрической энергии в механическую называются двигателями.

 Расшифровка условного  обозначения двигателя:

4АК200L4У3

4 - порядковый номер серии

A - тип двигателя (асинхронный)

К - обозначение фазного ротора (контактные кольца)

200 - высота оси вращения вала машины

L - длина сердечника станины

4 - число полюсов

У - климатическое исполнение согласно ГОСТ 15150-69

3 - категория размещения, согласно ГОСТ 15150-69

 

 

   

Рисунок 1 – Г - образная схема замещения асинхронного двигателя

Рисунок 2 – Схема включения двигателя

(R₂ – внутреннее активное сопротивление ротора; R_П – пусковое сопротивление ротора)

 

ДАННЫЕ ДВИГАТЕЛЯ 4АК200L4У3, Вариант № 4.

 

№ п/п	Обозначение	Единицы измерения	Значение	Примечание
1.	f1	Гц	50	частота сети
2.	U1H	В		номинальное напряжение фазы статора
3.	n0	об/мин	1500	синхронная частота  вращения
4.	Р2Н	Вт	30	номинальная мощность на валу
5.	н		90,5	номинальный КПД
6.	cos		0,87	номинальный коэффициент  мощности
7.	I2H	А	55	номинальный ток ротора
8.	U2	В	350	напряжение на кольцах  неподвижного ротора
9.	mk		4	перегрузочная способность  двигателя (отношение максимального момента к номинальному)
10.	sH	%	0,025	номинальное скольжение
11.	sк	%	0,22	критическое скольжение
12.		о.е.	3	индуктивное сопротивление цепи намагничивания
13.		о.е.	0,026	приведённое активное сопротивление  фазы статора
14.		о.е	0,057	приведённое индуктивное  сопротивление фазы статора
15.		о.е	0,03	приведённое индуктивное  сопротивление фазы ротора
16.		о.е	0,087	приведённое индуктивное сопротивление фазы ротора
17.	Z1		48	число пазов статора
18.	Sn1		7	число эффективных проводников  в пазу статора
19.	a1		2	число параллельных ветвей в обмотке статора
20.	kоб1		0,925	обмоточный коэффициент  статора
21.	R1(20)	Ом	0,0743	активное сопротивление  фазы статора при 20оС
22.	Z2		36	число пазов ротора
23.	Sn2		9	число эффективных проводников  в пазу ротора
24.	a2		2	число параллельных ветвей в обмотке ротора
25.	kоб2		0,902	обмоточный коэффициент  ротора
26.	R2(20	Ом	0,0634	активное сопротивление фазы ротора при 20°С
27.	Рс	о.е	0,012	потери в стали
28.	Рмех	о.е	0,011	механические потери
29.	Рд	о.е	0,006	добавочные потери
30.	αс	о.е	0,7	отношение момента сопротивления  Мс к номинальному моменту Мэмн
31.	Uп	В	220	фазное напряжение, подводимое к двигателю при пуске

 

II. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ

 

1. Потери в стали    
2. Потери механические    
3. Потери добавочные 
4. При номинальной нагрузке полное сопротивление фазы двигателя

Ом

5. Пересчёт сопротивлений схемы замещения из относительных единиц в Омы

6. Активное и индуктивное  сопротивление фазы обмотки статора

7. Активное сопротивление  цепи намагничивания, обусловленное  потерями в стали

,

где 

8. Коэффициент приведения  к Г-образной схеме замещения

 

 

 

 

9. При номинальной  нагрузке электромагнитная мощность  двигателя

10. Число пар полюсов  двигателя

11. Угловая скорость  вращения магнитного поля

12. При номинальной  нагрузке электромагнитный момент  двигателя

13. Номинальный момент  на валу двигателя

14. При номинальной  нагрузке потери в обмотке ротора

15. Ток холостого хода

16. Ток главной ветви схемы  замещения при номинальной нагрузке

17. Номинальный ток  фазы статора

18. Потери в обмотке  статора при номинальной нагрузке

19 Приведённая эдс  фазы неподвижного ротора

 

20. Реальная эдс фазы неподвижного ротора

21. Коэффициент  трансформации  двигателя

22. Мощность холостого  хода

 

23. Номинальная мощность, потребляемая из сети

24. Номинальный ток ротора

25. Сопротивление ротора  при рабочей температуре

26. Номинальный кпд

27. Номинальный коэффициент  мощности 

28. Коэффициент мощности  при холостом ходе

29. Критическое скольжение

30. Критический момент

31.  Отношение критического момента к номинальному

32. Число витков на фазу статора

33. Число витков на фазу ротора

 

 

34. Коэффициент трансформации по обмоточным данным

 

 

РАСЧЁТ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя являются зависимости  Р₁, I₁, I₂, cosφ, η, S, M от полезной мощности Р₂. Эти характеристики рассчитываются с использованием Г-образной схемы замещения (рис.1). Исходные данные берутся из предыдущих расчётов.

1. Вычислим пять значений скольжений

При каждом из этих скольжений выполним расчёты:

0,1S_Н=0,0025

1) Сопротивление главной цепи Г-образной схемы замещения

2) Приведённый ток ротора и его составляющие

   3) Реальный ток ротора

 А

  4) Ток фазы статора и его составляющие

 А

 А

 А

   5) Потери в обмотке статора

Вт

   6) Потери в обмотке ротора

 Вт

 

 

 

7) Электромагнитная мощность

 Вт

8) Активная мощность, потребляемая двигателем из сети

9) Мощность на валу

10) Коэффициент полезного действия

 о.е.

11) Коэффициент мощности

12) Электромагнитный момент

Н∙м

Результаты расчётов заносим в таблицу 2

 

Таблица 2

S, о.е	I2,А	I1,А	P1, Вт	P2, Вт	ŋ	cosφ	Мэмн; Н*м
0	0	16,2424	2726,67	0	0,000	0,0772	0
0,0025	5	16,2424	3594	2974	0,83	0,34	31,49
0,0050	11	18,6878	6883	6215	0,90	0,56	62,67
0,0075	16	22,0694	10154	9406	0,93	0,70	93,54
0,0100	22	26,0073	13404	12545	0,94	0,78	124,06
0,0125	27	30,2692	16630	15631	0,94	0,83	154,22
0,0150	32	34,7211	19830	18661	0,94	0,87	183,99
0,0175	37	39,2844	23001	21634	0,94	0,89	213,36
0,0200	43	43,9113	26142	24548	0,94	0,90	242,31
0,0225	48	48,5710	29249	27402	0,94	0,91	270,82
0,0250	53	53,2432	32322	30196	0,93	0,92	298,88
0,0275	58	57,9136	35359	32926	0,93	0,93	326,46
0,0300	63	62,5719	38357	35594	0,93	0,93	353,57
0,0325	68	67,2105	41315	38197	0,92	0,93	380,18
0,0350	73	71,8235	44231	40735	0,92	0,93	406,29
0,0375	78	76,4061	47104	43208	0,92	0,93	431,89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы  строим рабочие характеристики двигателя:

 

 

 

 

 

 

P₁; I₁; I₂ =f(P₂) – рис.4

 

 

 

РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

 

1. Момент сопротивления

2. Максимальный пусковой  момент по рис.2

3. Скольжение, соответствующее  моменту М₁ на естественной механической характеристике двигателя

,

    где 

Значение S₁ должно соответствовать условию

  - условие выполнено

4. Число ступеней пускового реостата выбираем по скольжению: если

     S₁<0,07, то Z=4;

     S₁=0,07, то Z=3;

     S₁>0,07, то Z=2; где Z – число ступеней пускового реостата.

Следовательно, в нашем случае Z= 2

5. Коэффициент изменения  активного сопротивления роторной  цепи

.(3,78<1,9 условие не выполняется)

Принимаем во внимание, что  пуск двигателя осуществляется при малых нагрузках.

6. Сопротивление пускового  реостата на различных ступенях пуска

, где m – целое число от 1 до Z

7. Сопротивление пускового  реостата

; где m – целое число от 1 до Z

 

 

РАСЧЁТ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

 

Пусковые характеристики показаны на рис. 5,6,7. Алгоритм расчёта  этих характеристик базируется на Г-образной схеме замещения. Расчёт ведётся поочерёдно для всех ступеней пуска.

1. Номер пусковой ступени  обозначим m. Поочерёдно задаёмся значениями m от 0 до Z и находим приведённое активное сопротивление фазы роторной цепи из данной ступени пуска

 

2. Рабочие участки  пусковых характеристик почти прямолинейны, поэтому для их построения достаточно на каждой ступени пуска рассчитать по три точки. Скольжение, соответствующее этим точкам

; где К – поочерёдно принимает значения 1,2,3, при всех значениях m.

m=0

 

m=1

m=2

 

Полученные значения скольжений записываем в таблицу 3. При m=0 дополнительно записываем в таблицу скольжения 0; S_k и 1.

3. Выполним расчёт  пусковых характеристик при m=0, т.е. без добавочных сопротивлений в цепи ротора. Расчёт ведём при значениях скольжений S₀₁; S₀₂; S_03; S_к и 1:

S₀₁=0,026

а) Активное, реактивное и полное сопротивление главной ветви Г-образной схемы замещения

б) Приведённый ток  ротора

 

в) Активная и реактивная составляющая приведённого тока ротора

   

   

 г)Реальный ток  ротора                                              

             

д) Ток статора и  его составляющие

   

   

   

е) Электромагнитная мощность

   

ж) Электромагнитный момент

  

Результаты расчётов заносим в таблицу 3.

Расчёт токов и моментов при m=1,2 можно не выполнять, т.к. отношение R²_m/S_mk не зависит от m. Следовательно, значения I₁, I₂, M_ЭМ будут те же самые, что и при m=0.

По данным таблицы 3 построим пусковые характеристики двигателя           I ₁= f(S)  рис.6; I₂= f(S) рис.7;  М_ЭМ= f(S)    рис.5 

После построения пусковых характеристик определим момент переключения М₂ и проверим условие М₂>1,1М_С.

 

 

Таблица 3

m	S	I1;А	I2;А	MЭМ; Н·м
0	0	0	0	0
	0,026	54,880	54,640	202,95
	0,053	102,839	106,107	382,68
	0,079	144,594	151,058	517,06
	0,220	258,018	300,051	732,57
	1	204,347	422,036	318,85
1	0,100	53,663	55,421	207,840
	0,199	96,430	105,385	377,641
	0,299	132,021	149,873	508,332
2	0,3760	53,420	55,140	206,829
	0,7530	96,512	105,483	377,953
	1,1288	131,903	149,717	507,917