Файл: Методические рекомендации по выполнению практических занятий по мдк. 01. 04 Техническое регулирование и контроль качества электрического и электромеханического оборудования.docx
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
асинхронных двигателей, однако, благодаря указанным свойствам, удельный вес их в общем выпуске электрических машин не снижается, а наоборот, имеет тенденцию к повышению. Особенно эта тенденция проявляется в течение последних десятилетий в связи с развитием и широким внедрением автоматизированного привода, а также с освоением тиристорных устройств, создающих возможность питания двигателей постоянного тока от сети переменного тока. Вместе с тем развитие статических преобразователей влечет за собой соответствующее сокращение выпуска генераторов постоянного тока.
Выпускаемая единая серия подразделяется на два основных ряда: серию 2П с h=90315 мм (мощностью до 200 кВт при 1500 об/мин) и серию П2 с h=355630 мм (мощностью свыше 200 кВт), серии П h=112400 мм (мощностью от 0,3 до 200 кВт) .
В серии П предусмотрены следующие исполнения по степени защиты и способу охлаждения:
Двигатели выполняются на номинальные напряжения:
Машины со степенью защиты IP22 выполняются с изоляцией класса нагревостойкости В (при h=112225 мм); остальные машины – с классом F. Станины в машинах серии П монолитные.
Методика расчета обмоток статора и якоря:
Для цепи якоря двигателя постоянного тока на основании 2-го закона Кирхгофа можно написать уравнение
U = Eя + Iя Rя,
где: ЭДС якоря Ея = сЕ n Ф.
При пуске n = 0 и ЭДС равна нулю. Для ограничения пускового тока Iяп последовательно с якорем включается пусковой реостат Rпуск, при этом
Iяп = U / (Rя + Rпуск).
Из этого соотношения при заданном значении Iяп можно найти Rпуск.
Если сопротивление обмотки якоря двигателя Rя не задано, его приближенно рассчитывают, принимая, что в номинальном режиме работы на обмотку якоря приходится определенная часть общих потерь мощности в машине:
Rя = α (1 - ηн) Uн / Iн (для двигателей параллельного возбуждения α=0,5; для двигателей смешанного возбуждения α=0,6; для двигателей последовательного возбуждения α=0,75).
Вращающий момент двигателя (тормозной у генератора) определяется соотношением
М = сМ Ф Iя.
В приведенных выражениях сЕ, сМ – конструктивные величины, постоянные для данной машины, произведения сЕФ, сМФ могут быть найдены при подстановке в приведенные выше формулы параметров номинального режима машины.
Уравнение механической характеристики двигателя:
n = U / cЕ Ф - М ( Rя + Rд ) / cЕ cМ Ф2;
Для двигателя параллельного возбуждения это будет прямая линия: n = n0 - bM.
Частота вращения идеального холостого хода no и угловой коэффициент b определяются из анализа вышеприведенных соотношений при подстановке в них параметров номинального режима:
n = Uн / cЕ Фн; сЕ Фн = Ен / nн ; Ен = Uн - Iян Rя ; b = Rя / сЕ сМ Фн2;
cМ Фн = Мн / Iян ; Mн = 9550 Pн / nн.
На рис.7.2 приведены естественная и искусственные механические характеристики двигателя при разных способах регулирования частоты вращения. Естественная характеристика строится по двум точкам (идеальный холостой ход: n=nо, М=0 и номинальный режим: n=nн, М=Мн); для построения искусственных характеристик nо и b пересчитываются в соответствии с изменением параметров схемы.
Двухступенчатый пуск двигателя показан на диаграмме рис. 7.3. Включение двигателя в сеть производится при полностью введенном пусковом реостате (точка "а"). Величина его сопротивления (R1 + R2) определяется по пусковому току, обеспечивая ему заданное значение максимального пускового момента Мпуск max = β Mн. По двум точкам (М=0, n=nо
и М=Мпуск max, n=0) строится реостатная характеристика 1 (рис. 7.3).
Минимальный пусковой момент при двухступенчатом пуске рассчитывается по формуле:
.
Из уравнения характеристики 1 определяется значение n, соответствующее минимальному пусковому моменту Мпуск min (точка"b"). При этой частоте вращения шунтируется ступень реостата R2 и рабочая точка на характеристиках двигателя переходит в точку "с" характеристики 2, получающейся при введении в цепь якоря одной секции пускового реостата (R1). Эта характеристика и сопротивление R1 рассчитываются из условия, что в точке "с" M = Mпуск max. По характеристике 2 разгон двигателя продолжается до точки "d", для которой M=Mпуск min, после чего шунтируется резистор R1; рабочая точка переходит на естественную механическую характеристику 3 в точку «е», для которой M=Mпуск max.
Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:
Задания к практическому занятию:
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет номинальное напряжение Uн, номинальный ток Iн, номинальную частоту вращения nн, сопротивление обмотки возбуждения Rв и обмотки якоря Rя; ток, потребляемый двигателем в режиме холостого хода, равен I0.
13.1 Начертить электрическую схему двигателя.
13.2 Для номинального режима работы двигателя определить мощность Р1н, потребляемую им из сети, мощность потерь в обмотке якоря ΔP
ян и в цепи возбуждения ΔPвн, мощность механических и магнитных потерь в двигателе ΔPмех+ΔPмаг и номинальную мощность на его валу Рн.
13.3 Рассчитать частоту вращения идеального холостого хода no, написать уравнение и построить естественную механическую характеристику.
13.4 Рассчитать сопротивление пускового реостата из условия ограничения пускового тока до значения 2,5Iян, написать уравнение и построить соответствующую реостатную характеристику.
Инструкция по выполнению практического занятия:
- Изучить теоретический материал.
- Ответить на вопросы.
- Выполнить задание.
- Исходные данные:
Порядок выполнения отчета по практическому занятию:
Отчет по практическим занятиям оформляется в тетрадях для практических занятий и должен содержать:
- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью практического занятия.
Учитывая подготовку, выполнение практического занятия и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности.
Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.
Практическое занятие №14
Расчет обмоток при изменении частоты вращения машины
Цель работы: изучить методику расчета обмоток при изменении частоты вращения машины.
Обеспеченность занятия
Раздаточные материалы: данные методические рекомендации.
Краткие теоретические материалы по теме практического занятия:
Статор электродвигателя представляет собой неподвижный элемент механизма. Он является магнитоприводом и несущей конструкцией мотора. Двигатель постоянного тока имеет на статоре индуктор, а работающие от переменного тока агрегаты – рабочую обмотку.
Статор состоит из сердечника и станины. Последняя представляет собой корпус литого или сварного производства. Станину чаще всего создают из алюминия или чугуна.
Сердечник имеет форму цилиндра. Его изготавливают из электротехнической стали. Листы материала сначала обжигают, а затем изолируют лаком. Внутри сердечника есть пазы. Они предназначены для укладки статорной обмотки. Это необходимо для ослабления вихревых токов. Обмотка статора состоит из ряда соединенных параллельно и изолированных жил. Сердечник закреплен на станине при помощи стопорных винтов. Это препятствует его проворачиванию.
Обмотка статора создает магнитное поле вращающегося типа. При этом двигатель может иметь различное число катушек. Они соединяются между собой. Катушки устанавливаются в соответствующих пазах. Такая конструкция может состоять из одного или нескольких витков изолированных проводников.
Обмотка статора может иметь ряд отличий в разных типах электродвигателей. Это в первую очередь касается ее изоляции. На этот параметр влияют величина напряжения при работе, форма и размер паза, предельная температура обмотки, а также ее тип.
Случается, в паз помещается не вся катушка, а только ее одна сторона. В этом случае обмотка называется однослойной. Если в паз установлены сразу две стороны катушки, то конструкция называется двухслойной. Материалом для статорной обмотки чаще всего выбирают медный провод круглого сечения.
После нескольких лет эксплуатации мастер должен проверять электродвигатель. Ремонт после проведенного осмотра может быть текущим или капитальным. Это повышает надежность работы двигателя.
Капитальный ремонт подразумевает полную разборку конструкции. При этом ротор вынимается, чистится, а также производится проверка и осмотр статора. При необходимости мастер устраняет выявленные дефекты. Также после проведения всех осмотров, замены неисправных деталей мастер производит испытания работы оборудования. В некоторых случаях не требуется полностью разбирать электродвигатель.
Ремонт текущий предполагает лишь произвести чистку и обдувку статора при снятой задней крышке двигателя. В доступных местах производится осмотр обмоток.
Периодичность и тип ремонта зависит от условий эксплуатации оборудования. На это влияют загрязненность воздуха, температура окружающей среды, а также требования производителя. Капитальный ремонт чаще всего выполняют с периодичностью раз в 3-5 лет, а текущий – раз или два раза в год.
Ремонт статора электродвигателя нужно начинать после отключения прибора от сети. Далее производится демонтаж прибора. В зависимости от типа и габаритов мотора, это можно сделать вручную или при помощи подъемного крана.
Статор требуется перед началом ремонта тщательно очистить от грязи, скопившейся на нем за годы эксплуатации. Для этого применяют специальные моющие растворы. Иногда требуется выполнить продувку под давлением. Для этого применяют то же оборудование
Выпускаемая единая серия подразделяется на два основных ряда: серию 2П с h=90315 мм (мощностью до 200 кВт при 1500 об/мин) и серию П2 с h=355630 мм (мощностью свыше 200 кВт), серии П h=112400 мм (мощностью от 0,3 до 200 кВт) .
В серии П предусмотрены следующие исполнения по степени защиты и способу охлаждения:
-
защищенное исполнение (IP22) с самовентиляцией (IC01) при h=112400 мм; -
закрытое исполнение (IP44) с наружным обдувом от вентилятора, расположенного на валу двигателя (IC0141) при h=112160 мм; -
закрытое исполнение (IP44) с пристроенным воздухо-воздушным охладителем (IC0161) при h=180400 мм; -
закрытое исполнение (IP44) c естественным охлаждением (IC0041) при h=112280 мм.
Двигатели выполняются на номинальные напряжения:
-
110 В( при мощности до 55 кВт включительно); -
220 В (во всем диапазоне мощностей); -
440 В(при мощности 1,5 кВт и выше).
Машины со степенью защиты IP22 выполняются с изоляцией класса нагревостойкости В (при h=112225 мм); остальные машины – с классом F. Станины в машинах серии П монолитные.
Методика расчета обмоток статора и якоря:
Для цепи якоря двигателя постоянного тока на основании 2-го закона Кирхгофа можно написать уравнение
U = Eя + Iя Rя,
где: ЭДС якоря Ея = сЕ n Ф.
При пуске n = 0 и ЭДС равна нулю. Для ограничения пускового тока Iяп последовательно с якорем включается пусковой реостат Rпуск, при этом
Iяп = U / (Rя + Rпуск).
Из этого соотношения при заданном значении Iяп можно найти Rпуск.
Если сопротивление обмотки якоря двигателя Rя не задано, его приближенно рассчитывают, принимая, что в номинальном режиме работы на обмотку якоря приходится определенная часть общих потерь мощности в машине:
Rя = α (1 - ηн) Uн / Iн (для двигателей параллельного возбуждения α=0,5; для двигателей смешанного возбуждения α=0,6; для двигателей последовательного возбуждения α=0,75).
Вращающий момент двигателя (тормозной у генератора) определяется соотношением
М = сМ Ф Iя.
В приведенных выражениях сЕ, сМ – конструктивные величины, постоянные для данной машины, произведения сЕФ, сМФ могут быть найдены при подстановке в приведенные выше формулы параметров номинального режима машины.
Уравнение механической характеристики двигателя:
n = U / cЕ Ф - М ( Rя + Rд ) / cЕ cМ Ф2;
Для двигателя параллельного возбуждения это будет прямая линия: n = n0 - bM.
Частота вращения идеального холостого хода no и угловой коэффициент b определяются из анализа вышеприведенных соотношений при подстановке в них параметров номинального режима:
n = Uн / cЕ Фн; сЕ Фн = Ен / nн ; Ен = Uн - Iян Rя ; b = Rя / сЕ сМ Фн2;
cМ Фн = Мн / Iян ; Mн = 9550 Pн / nн.
На рис.7.2 приведены естественная и искусственные механические характеристики двигателя при разных способах регулирования частоты вращения. Естественная характеристика строится по двум точкам (идеальный холостой ход: n=nо, М=0 и номинальный режим: n=nн, М=Мн); для построения искусственных характеристик nо и b пересчитываются в соответствии с изменением параметров схемы.
Двухступенчатый пуск двигателя показан на диаграмме рис. 7.3. Включение двигателя в сеть производится при полностью введенном пусковом реостате (точка "а"). Величина его сопротивления (R1 + R2) определяется по пусковому току, обеспечивая ему заданное значение максимального пускового момента Мпуск max = β Mн. По двум точкам (М=0, n=nо
и М=Мпуск max, n=0) строится реостатная характеристика 1 (рис. 7.3).
Минимальный пусковой момент при двухступенчатом пуске рассчитывается по формуле:
.Из уравнения характеристики 1 определяется значение n, соответствующее минимальному пусковому моменту Мпуск min (точка"b"). При этой частоте вращения шунтируется ступень реостата R2 и рабочая точка на характеристиках двигателя переходит в точку "с" характеристики 2, получающейся при введении в цепь якоря одной секции пускового реостата (R1). Эта характеристика и сопротивление R1 рассчитываются из условия, что в точке "с" M = Mпуск max. По характеристике 2 разгон двигателя продолжается до точки "d", для которой M=Mпуск min, после чего шунтируется резистор R1; рабочая точка переходит на естественную механическую характеристику 3 в точку «е», для которой M=Mпуск max.
Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:
-
Как осуществляется реверс двигателя постоянного тока? -
Что такое торможение противовключением? -
Рассмотреть, как изменяется ток якоря двигателя, работающего с постоянной нагрузкой на валу, при увеличении его тока возбуждения. -
Как изменится противо -ЭДС двигателя, работающего с постоянной нагрузкой на валу, при введении резистора в цепь его якоря? -
Объяснить, почему для малозагруженного двигателя параллельного возбуждения опасен обрыв в цепи его обмотки возбуждения.
Задания к практическому занятию:
Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения имеет номинальное напряжение Uн, номинальный ток Iн, номинальную частоту вращения nн, сопротивление обмотки возбуждения Rв и обмотки якоря Rя; ток, потребляемый двигателем в режиме холостого хода, равен I0.
13.1 Начертить электрическую схему двигателя.
13.2 Для номинального режима работы двигателя определить мощность Р1н, потребляемую им из сети, мощность потерь в обмотке якоря ΔP
ян и в цепи возбуждения ΔPвн, мощность механических и магнитных потерь в двигателе ΔPмех+ΔPмаг и номинальную мощность на его валу Рн.
13.3 Рассчитать частоту вращения идеального холостого хода no, написать уравнение и построить естественную механическую характеристику.
13.4 Рассчитать сопротивление пускового реостата из условия ограничения пускового тока до значения 2,5Iян, написать уравнение и построить соответствующую реостатную характеристику.
Инструкция по выполнению практического занятия:
- Изучить теоретический материал.
- Ответить на вопросы.
- Выполнить задание.
- Исходные данные:
Порядок выполнения отчета по практическому занятию:
Отчет по практическим занятиям оформляется в тетрадях для практических занятий и должен содержать:
- необходимые таблицы, расчеты, выводы в соответствии с целью практического занятия.
Учитывая подготовку, выполнение практического занятия и ответы на вопросы по итогам выполнения работ, выставляются оценки в дорожной карте по каждой специальности.
Отчеты по всем выполненным работам хранятся у преподавателя в течение года. Лучшие отчеты используются в работе преподавателя.
Практическое занятие №14
Расчет обмоток при изменении частоты вращения машины
Цель работы: изучить методику расчета обмоток при изменении частоты вращения машины.
Обеспеченность занятия
Раздаточные материалы: данные методические рекомендации.
Краткие теоретические материалы по теме практического занятия:
Статор электродвигателя представляет собой неподвижный элемент механизма. Он является магнитоприводом и несущей конструкцией мотора. Двигатель постоянного тока имеет на статоре индуктор, а работающие от переменного тока агрегаты – рабочую обмотку.
Статор состоит из сердечника и станины. Последняя представляет собой корпус литого или сварного производства. Станину чаще всего создают из алюминия или чугуна.
Сердечник имеет форму цилиндра. Его изготавливают из электротехнической стали. Листы материала сначала обжигают, а затем изолируют лаком. Внутри сердечника есть пазы. Они предназначены для укладки статорной обмотки. Это необходимо для ослабления вихревых токов. Обмотка статора состоит из ряда соединенных параллельно и изолированных жил. Сердечник закреплен на станине при помощи стопорных винтов. Это препятствует его проворачиванию.
Обмотка статора создает магнитное поле вращающегося типа. При этом двигатель может иметь различное число катушек. Они соединяются между собой. Катушки устанавливаются в соответствующих пазах. Такая конструкция может состоять из одного или нескольких витков изолированных проводников.
Обмотка статора может иметь ряд отличий в разных типах электродвигателей. Это в первую очередь касается ее изоляции. На этот параметр влияют величина напряжения при работе, форма и размер паза, предельная температура обмотки, а также ее тип.
Случается, в паз помещается не вся катушка, а только ее одна сторона. В этом случае обмотка называется однослойной. Если в паз установлены сразу две стороны катушки, то конструкция называется двухслойной. Материалом для статорной обмотки чаще всего выбирают медный провод круглого сечения.
После нескольких лет эксплуатации мастер должен проверять электродвигатель. Ремонт после проведенного осмотра может быть текущим или капитальным. Это повышает надежность работы двигателя.
Капитальный ремонт подразумевает полную разборку конструкции. При этом ротор вынимается, чистится, а также производится проверка и осмотр статора. При необходимости мастер устраняет выявленные дефекты. Также после проведения всех осмотров, замены неисправных деталей мастер производит испытания работы оборудования. В некоторых случаях не требуется полностью разбирать электродвигатель.
Ремонт текущий предполагает лишь произвести чистку и обдувку статора при снятой задней крышке двигателя. В доступных местах производится осмотр обмоток.
Периодичность и тип ремонта зависит от условий эксплуатации оборудования. На это влияют загрязненность воздуха, температура окружающей среды, а также требования производителя. Капитальный ремонт чаще всего выполняют с периодичностью раз в 3-5 лет, а текущий – раз или два раза в год.
Ремонт статора электродвигателя нужно начинать после отключения прибора от сети. Далее производится демонтаж прибора. В зависимости от типа и габаритов мотора, это можно сделать вручную или при помощи подъемного крана.
Статор требуется перед началом ремонта тщательно очистить от грязи, скопившейся на нем за годы эксплуатации. Для этого применяют специальные моющие растворы. Иногда требуется выполнить продувку под давлением. Для этого применяют то же оборудование