Учебная работа. Преобразование энергии в электрических машинах постоянного тока

(Пока оценок нет)

Загрузка...

Преобразование энергии в электрических машинах постоянного тока

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

«ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ В электрических МАШИНАХ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

Задача 1.

По следующим параметрам обмотки
якоря машины постоянного тока: число пар полюсов р, число
эффективных проводников N, число витков секции wc, число
секций в катушке ис, вычертить развернутую схему
неперекрещивающейся простой петлевой обмотки, показать полюсы, расставить
щетки.

Таблица 1.

№

Решение

Произведем расчет параметров схемы
обмотки якоря.

где —
число секций в обмотке якоря,

— число элементарных
пазов,

— число коллекторных
пластин.

— первый частичный шаг
обмотки по якорю (измеряется в элементарных пазах).

— второй частичный шаг
обмотки по якорю (измеряется в элементарных пазах).

— число эффективных
проводников в пазу,

где —
число секций в катушке.

Рис. 1. Развернутая
схема неперекрещивающейся петлевой обмотки

задача 2.

Генератор постоянного
тока мощностью Рн имеет кпд h,
активное сопротивление цепи якоря Ra,
сумма механических, магнитных и добавочных потерь составляет DР0,
% от номинальной мощности, потери в цепи параллельного возбуждения DРв.
Определить ток обмотки якоря.

Таблица 2.

№

Рн, кВт

h, %

Ra,
Ом

DР0, %

DРв, Вт

85,6

0,12

4,2

480

Решение

КПД двигателя
постоянного тока определяется соотношением полезной мощности на валу к
мощности ,
потребляемой из сети:

где —
механическая мощность на валу двигателя,

— мощность потребляемой
двигателем из питающей сети энергии.

Мощность можно
представить в виде суммы мощностей:

, Вт,

где —
электрические потери мощности в цепи якоря,

— электрические потери
мощности в цепи возбуждения,

— потери мощности на
гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе (магнитные потери),

— механические потери,

— добавочные потери.

По условию задачи сумма
магнитных, механических и добавочных потерь известна:

, %.

По условию задачи потери
в цепи параллельного возбуждения нам известны: .

учитывая это, формулу
КПД можно записать в следующем виде:

Следовательно,
окончательно формула КПД имеет вид:

Выразим из этой формулы :

Следовательно,
окончательно формула тока обмотки якоря имеет вид:

Вычислим :

(Вт).

Подставляем в числовые
значения и вычисляем :

задача 3

Таблица 3.

№

Рн, кВт

Uн,
В

Ra,
Ом

Rв,
Ом

DР0, %

320

0,4

210

Решение

где —
механическая мощность на валу двигателя,

— мощность потребляемой
двигателем из питающей сети энергии.

Мощность можно
представить в виде суммы мощностей:

, Вт,

где —
электрические потери мощности в цепи якоря,

— электрические потери
мощности в цепи возбуждения,

— потери мощности на
гистерезис и вихревые токи в магнитопроводе (магнитные потери),

— механические потери,

— добавочные потери.

По условию задачи сумма
магнитных, механических и добавочных потерь известна:

, %.

учитывая это, формулу
КПД можно записать в следующем виде:

Известно, что .
Выразим из этого равенства :

, А.

Из равенства выразим
:

, А.

Подставляем полученные
выражения в формулу КПД двигателя:

Следовательно,
окончательно формула КПД имеет вид:

Вычислим :

(Вт).

Подставляем в числовые
значения и вычисляем КПД генератора постоянного тока:

Задача 4

Полезная механическая
мощность двигателя постоянного тока Рн, номинальное
напряжение Uн,
номинальный ток Iн.
Определить КПД, номинальный вращающий момент и сумму потерь двигателя, если
номинальная частота вращения nн.

Таблица 4.

№

Рн, кВт

Uн,
В

Iн,
А

nн,
об/мин

2,5

220

12,3

1100

Решение

1. КПД двигателя постоянного
тока

где —
механическая мощность на валу двигателя,

— мощность потребляемой
двигателем из питающей сети энергии:

, Вт.

При работе двигателя в
номинальном режиме ,
Вт.

Учитывая это, формулу
для расчета КПД двигателя можно записать в следующем виде:

Подставим числовые
значения и рассчитаем :

2. Номинальный вращающий момент

, Н М

— номинальная частота
вращения.

В номинальном режиме
работы ,
Вт. Учитывая это, запишем формулу номинального вращающего момента в следующем
виде:

, Н М.

Подставляем числовые
значения:

, кН М.

3. Сумма потерь двигателя

, Вт.

где —
механическая мощность на валу двигателя,

— мощность потребляемой
двигателем из питающей сети энергии:

, Вт.

При работе двигателя в
номинальном режиме ,
Вт.

С учетом этого, формула
для расчета суммы потерь двигателя запишется в следующем виде:

, Вт.

Подставляем числовые
значения:

(Вт).

схема обмотка генератор двигатель

задача 5

Двигатель постоянного тока
смешанного возбуждения при номинальном напряжении Uн потребляет из сети ток Iа и ток возбуждения Iв. Сопротивление
обмотки якоря Ra, сопротивление сериесной обмотки Rс, сопротивление дополнительных полюсов Rд, падение напряжения на щетках DUщ, кпд h.
определить сумму механических, магнитных и добавочных потерь, потребляемую и
номинальную полезную мощность двигателя.

Таблица 5.

№

Uн,
В

Iа,
А

Iв,
А

Ra,
Ом

Rс,
Ом

Rд,
Ом

DUщ,
В

h, %

220

468

4,62

0,00875

0,0007

0,0042

1,8

87,5

Решение

1. Номинальная полезная
мощность двигателя

, Вт,

где —
номинальное напряжение,

— номинальный ток.

Номинальный ток можно
найти по формуле:

, А,

где —
потребляемый из сети ток,

— ток возбуждения.

Следовательно, формулу
полезной мощности можно записать в следующем виде:

, А.

Подставляем числовые
значения:

(Вт)

2. Потребляемая мощность
двигателя

Потребляемую мощность двигателя
можно найти с помощью формулы КПД двигателя:

где —
механическая мощность на валу двигателя,

— мощность потребляемой
двигателем из питающей сети энергии.

Тогда формула для
вычисления потребляемой мощности запишется следующем виде:

Подставляем числовые значения и вычисляем

3. Сумма механических,
магнитных и добавочных потерь

Сумму механических, магнитных и
добавочных потерь можно найти с помощью формулы потребляемой мощности:

, Вт,

где —
электрические потери мощности в цепи якоря,

— электрические потери
мощности в цепи возбуждения,

— сумма механических,
магнитных и добавочных потерь.

Выражаем сумму
механических, магнитных и добавочных потерь из формулы потребляемой мощности:

, Вт.

Подставляем числовые
значения:

Задача 6.

Таблица 6.

Iв,
А

0,6

0,94

1,71

4,05

Е, В

115

172,5

230

287,5

Таблица 7.

№

Rв1,
Ом

Е1, В

135

250

Решение

На рис. 2 приведена характеристика
холостого хода генератора независимого возбуждения, построенная по данным,
представленным в таблице 6.

Рис. 2. характеристики генератора

Ток в цепи возбуждения находится по
формуле:

, А.

Уравнение представляет
собой характеристику цепи возбуждения, которое представлено на рис. 2 прямой 1,
которая построенная по значениям, приведенным в таблице 8 при =135
Ом.

Таблица 8.

I в, А

E, В

0,6

0,94

126,9

1,71

230,85

4,05

546,75

ЭДС генератора при номинальной
частоте вращения соответствует значению ЭДС в точке пересечения характеристики
холостого хода и характеристики цепи возбуждения (рис. 2.):

235 (В).

ЭДС генератора также
можно найти по формуле:

, В,

где n — номинальная частота вращения.

Из этой формулы выражаем
значение ,
с помощью которого находим частоту вращения, которая необходима для получения
ЭДС :

, В.

, об/мин.

Подставляем числовые
значения:

(об/мин).

Сопротивление ,
при котором ЭДС генератора равна находим с помощью
уравнения, представляющего собой характеристику цепи возбуждения и прямой 1 на
рис. 2:

, Ом.

Подставляем числовые
значения:

(Ом).

Для нахождения необходимо
построить касательную к характеристике холостого хода генератора и определить
тангенс угла касательной (рис. 2):

, Ом.

Подставляем числовые
значения:

(Ом).

Задача 7.

Какое сопротивление
необходимо включить в цепь якоря двигателя параллельного возбуждения
номинальной мощности Рн с номинальным напряжением Uн,
чтобы при неизменных значениях номинального момента на валу и тока возбуждения
частота вращения двигателя уменьшилась вдвое? Сопротивление цепи якоря Ra, сопротивление цепи
возбуждения Rв,
кпд двигателя h.

Таблица 9.

№

Рн, кВт

Uн,
В

Ra,
Ом

Rв,
Ом

h, %

5,3

220

0,242

96,3

Решение

Формула для вычисления частоты
вращения:

, об/мин.

Для изменения частоты
вращения в цепь якоря включают добавочное сопротивление, которое можно выразить
из формулы:

, об/мин.

Очевидно, что частота
вращения зависит от тока якоря , который, в свою
очередь, зависит от номинального момента на валу двигателя .
Ток якоря можно выразить через номинальный момент следующим образом:

, А.

Таким образом, формула
для вычисления частоты вращения запишется в следующем виде:

, об/мин.

По условию задачи ,
тогда

Выразим из последнего
равенства :

, Ом.

Значение можно
выразить из формулы КПД двигателя:

Сумму механических,
магнитных и добавочных потерь можно найти седеющим
образом:

· Согласно ГОСТу в двигателях без
компенсационной обмотки значение мощности добавочных потерь принимают
равным 1% от полезной мощности:

, Вт.

· Сумма механических и магнитных
потерь вычисляется
следующим образом:

, Вт.

Мощность потерь обмотки
возбуждения находится по формуле:

, Вт.

к
сопротивлению обмотки возбуждения :

, А.

Тогда формула мощности
потерь обмотки возбуждения запишется в следующем виде:

Подставляем полученные
выражения в формулу КПД:

, %.

Выразим из полученного
равенства ток якоря :

, А.

Последняя формула
показывает, что при неизменном номинальном моменте ток якоря не изменяется.
Подставляем полученное выражение силы тока якоря в формулу добавочного
сопротивления:

, Ом.

схема обмотка генератор двигатель

Подставляем числовые значения:

Учебная работа. Преобразование энергии в электрических машинах постоянного тока

Учебная работа. Преобразование энергии в электрических машинах постоянного тока

Как? Вы еще не читали? Ну это зря...