МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ» (ОмГУПС (ОмИИТ))
Расчетно - пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине «Электрические машины»
Расчет трансформатора и электрических машин
Студентка группы 23 А
А.Г. Иванова
(подпись студента)
Руководитель -доцент кафедры «ЭМ и ОЭ»
Д.А. Ахунов
Омск 2016
Реферат
Курсовая работа содержит 27 страницы, 9 рисунков, 9 таблиц,3источника.
Трехфазный трансформатор, асинхронный двигатель в системах электропривода, двигатель постоянного тока.
Объектом исследования является трехфазный трансформатор, асинхронный двигатель в системах электропривода, двигатель постоянного тока. трансформатор асинхронный двигатель ток
Цель работы - рассчитать параметры и характеристики трехфазного трансформатора, асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока.
Методы исследования - аналитические и графические.
Даны предварительные характеристики трехфазного трансформатора, асинхронного двигателя, двигателя постоянного тока. Произведен выбор асинхронного двигателя. Построены механические характеристики асинхронного двигателя и двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Рассчитаны основные характеристики и параметры заданных объектов.
Введение
Электрическая машина - это электромеханический преобразователь энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с током, движущийся в магнитном поле.
Трансформатор - статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно-связанные обмотки и предназначенное для преобразования на основе явления электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока той же частоты.
Асинхронным двигателем (АД) называется ротор, который отстает от вращающегося магнитного поля машины. АД широко используются в промышленности благодаря простоте их конструкции, надежности в эксплуатации и сравнительно низкой себестоимости. Эти двигатели разделяются на АД с короткозамкнутым ротором и АД с фазным ротором.
Электрические машины постоянного тока (МПТ) могут работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя, т.е. обладают свойством обратимости. В режиме генератора они преобразуют механическую энергию, подводимую к их валу от внешнего двигателя, в электрическую энергию постоянного напряжения, а в режиме двигателя осуществляют обратное преобразование: электрическую энергию постоянного тока преобразуют в механическую энергию, снимаемую с их вала.
1. Расчет трехфазного трансформатора
- номинальной мощностью S=1600 кВ•А;
- высшим линейным напряжением UВ.Н.=35,0 кВ;
- низшим линейным напряжением UН.Н.=0,23 кВ;
- напряжением короткого замыкания uк=6,5 %;
- током холостого хода i0=1,4 %;
- сопротивление короткого замыкания rк=9,03 Ом;
- коэффициент полезного действия =98,2 %.
Соединение: ?/?.
1.1 Схема трансформатора.
Рисунок 1.1 - Схема трехфазного трансформатора
1.2 Определить номинальные токи в обмотках трансформатора
Первичная обмотка
кВ
А
А
Вторичная обмотка
А
кВ
А
1.3 Рассчитать мощность потерь холостого хода
А
Ом
Вт
1.4 Найти мощность потерь короткого замыкания
Мощность потери на одну фазу равна
Вт
Мощность потери всего трансформатора равна
Вт
Построить графики семейства внешней характеристики трансформатора при значениях коэффициента мощности нагрузки (при и ). При каждом значении напряжение на зажимах вторичной обмотки определить для значений .
,
.
,
, :
,
,
:
,
:
,
, и т.д. для всех .
Таблица 1.1 - Внешняя характеристика трансформатора для различных значений коэффициента нагрузки в
|
в |
U2 , В |
|
|
0 |
241 |
|
|
0,25 |
237 |
|
|
0,5 |
234 |
|
|
0,75 |
230 |
|
|
1,0 |
226 |
, :
,
,
:
,
,
:
,
, и т.д. для всех .
Таблица 1.2 - Внешняя характеристика трансформатора для различных значений коэффициента нагрузки в
|
в |
U2 , В |
|
|
0 |
241 |
|
|
0,25 |
244 |
|
|
0,5 |
247 |
|
|
0,75 |
250 |
|
|
1,0 |
253 |
, :
,
,
:
,
,
:
,
, и т.д. для всех .
Таблица 1.3 - Внешняя характеристика трансформатора для различных значений коэффициента нагрузки в
|
в |
U2 , В |
|
|
0 |
241 |
|
|
0,25 |
238 |
|
|
0,5 |
235 |
|
|
0,75 |
232 |
|
|
1,0 |
229 |
, :
,
,
:
,
,
:
,
, и т.д. для всех .
Таблица 1.4 - Внешняя характеристика трансформатора для различных значений коэффициента нагрузки в
|
в |
U2 , В |
|
|
0 |
241 |
|
|
0,25 |
243 |
|
|
0,5 |
245 |
|
|
0,75 |
246 |
|
|
1,0 |
248 |
По данным таблиц построим график зависимости внешней характеристики трансформатора от различных значений коэффициента нагрузки (рисунок 1.2)
Рисунок 1.2 - Графики семейства внешней характеристики трансформатора
2. Расчет асинхронного двигателя в системе электропривода
По заданной нагрузочной диаграмме электропривода определить эквивалентную мощность и выбрать асинхронный двигатель с фазным ротором. Произвести проверку заданного двигателя на нагрев по методу средних потерь, а также проверку на перегрузочную способность при снижении напряжения в сети. Произвести расчет теплового режима выбранного двигателя по заданной нагрузочной диаграмме.
Определить сопротивление добавочного резистора, который необходимо включить в цепь ротора выбранного двигателя для снижения частоты вращения на заданную величину при номинальном моменте сопротивления. Построить естественную и реостатную механические характеристики выбранного двигателя.
Рассчитать сопротивления секций пускового реостата и потери электрической энергии при реостатном и прямом пуске.
Параметры мощности на ступенях нагрузки, синхронная частота вращения АД, требуемое снижение частоты вращения ротора в процентах от номинальной, длительность ступеней приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Параметры нагрузки двигателя по интервалам времени
|
Ступень нагрузки |
Мощность на ступенях нагрузки P, кВт |
Длительность ступеней нагрузки, мин |
Синхронная частота вращения двигателя, n1об/мин |
Снижение частоты вращения Дn, % |
|
|
1 |
7 |
10 |
750 |
5,5 |
|
|
2 |
13 |
12 |
|||
|
3 |
9 |
15 |
|||
|
4 |
18 |
6 |
|||
|
5 |
0 |
7 |
Предполагается, что в период паузы, в пятом интервале времени двигатель работает в режиме холостого хода без отключения от сети.
2.1 Построение нагрузочной диаграммы
Нагрузочная диаграмма асинхронного двигателя строится для одного цикла работы по данным таблицы. Циклом работы называется отрезок времени, в течение которого характер нагрузки не меняется. В цикл входят не только время работы, но и время паузы. Описанная диаграмма приведена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Нагрузочная диаграмма асинхронного двигателя
2.2 Расчет эквивалентной мощности и выбор АД.
Рассчитаем эквивалентную мощность двигателя по формуле:
|
(2.1) |
По найденной эквивалентной мощности подберем необходимый двигатель при условии.
По каталогу выбираем двигатель 4АНК180М8УЗ, имеющий следующие параметры:
- синхронная частота вращения 750об/мин;
- номинальная мощность PH=14 кВт;
- номинальное скольжение SH=4,5%;
- КПД в номинальном режиме з=86,5 %;
- кратность максимального моментаKM=3,5;
- рабочее напряжение ротора Up=310 В;
- рабочий ток ротора Ip=28A;
- постоянная времени нагрева TH=25 мин;
- суммарный момент инерции, приведенный к валу двигателя Jq=26 кг·м2.
Характеристика двигателя 4АНК180М8УЗ: двигатель серии 4А с фазным ротором; исполнение АД по способу защиты- IP23 (защищен от проникновения внутрь оболочки предметов длиной до 80 мм и твердых тел размером свыше 12 мм, от дождя); станина и щиты- стальные или чугунные; высота оси вращения - 180 мм; установочный размер по длине станины- средний; длина сердечника- выпускается только одна длина; число полюсов АД- 8; климатическое исполнение УЗ (возможность эксплуатации электрической машины в зоне умеренного климата, в закрытых помещениях).
2.3 Проверка выбранного двигателя по нагреву
Рассчитаем потери мощности в номинальном режиме:
|
(2.2) |
Также рассчитаем соотношения:
|
(2.3) |
где - потери в меди обмоток, кВт.
|
(2.4) |
где - потери х.х. (постоянные потери), кВт.
Потери в обмотках являются переменными, они пропорциональны квадрату тока или квадрату коэффициента нагрузки. Исходя из этого можно найти потери для каждой ступени графика нагрузок, кВт:
|
(2.5) |
где - мощность i-ой ступени нагрузки;
- коэффициент нагрузки i-ой ступени,
Коэффициент нагрузки для каждой ступени рассчитаем согласно формуле (2.6):
|
(2.6) |
Теперь, с помощью полученных данных произведем расчет потерь мощности для каждой ступени графика нагрузок
Тогда средние потери за цикл составляют:
|
(2.7) |
Проверка выбранного двигателя по нагреву заключается в проверке условия:
(2.8)
Средние потери за цикл меньше допустимых потерь в номинальном режиме, двигатель перегреваться не будет.
2.4 Проверка выбранного двигателя на перегрузку при снижении напряжения
Проверка сводится к проверке условия, что максимальный момент двигателя при снижении напряжения будет не меньше момента сопротивления на валу, следовательно должно выполнятся условие:
|
(2.9) |
где - максимальная мощность по нагрузочной диаграмме, кВт;
- заданное снижение напряжения, равное 10%;
- кратность максимального момента.
Произведем расчет заданного выражения:
Следовательно, двигатель будет работоспособен при снижении напряжения в питающей сети на 10%.
Таким образом, выбранный двигатель удовлетворяет всем поставленным условиям.
2.5 Расчет теплового состояния АД
Найдем установившееся превышение температуры в номинальном режиме:
|
(3) |
где - потери на i-ой ступени нагрузки, рассчитанные по формуле (2.5);
- допустимое превышение температуры, в данном случае
На основе полученных данных, рассчитаем реальное превышение температуры:
|
(3.1) |
где - начальное превышение температуры машины;
- установившееся превышение температуры;
- постоянная времени нагревания.
Учтем, что начальное превышение температуры для каждой ступени, включая паузу, следует принимать конечное превышение, рассчитанное в конце предыдущей ступени. Вначале расчета
Расчет для первого интервала первого цикла
Остальные расчеты для первого, второго, третьего и четвертого циклов рассчитываем аналогично, данные занесем в таблицу 3.
Таблица 3 - Результаты расчета реального превышения температуры