Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Методи розрахунку електромагнітних елементів і електромашинних пристроїв автоматики та систем керування
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра КСА
Інформація про роботу
Рік:
2024
Тип роботи:
Розрахункова робота
Предмет:
Елементи і пристрої автоматики та систем керування
Група:
КС-32
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Національний університет „Львівська політехніка”
Кафедра КСА
Розрахункова робота
з навчальної дисципліни „Елементи та пристрої автоматики і систем керування”
на тему: „Методи розрахунку електромагнітних елементів і електромашинних пристроїв автоматики та систем керування”
Варіант №1,1
Залікова книжка № 1009926
Львів-2012 Мета роботи - практичне ознайомлення з методами розрахунку електромагнітних елементів i електромашинних пристроїв автоматики та систем керування. Контрольна робота відповідає програмі курсу "'Елементи i пристрої автоматики та систем керування".
Завдання №1. Розрахунок електромагніта постійного струму.
Рис.1 Загальний вигляд електромагніта постійного струму.
Вихідні дані
№ варіанта
S*10-4
[м2]
l0*10-3
[м]
δ*10-3
[м]
q*10-8
[Гн/м]
W
R
[Ом]
U
[B]
1
3,0
75
3,5
0,9
20000
2500
220
Визначити:
1. Робочий магнітний потік Фδ.
2.Тягове зусилля електромагніта Q.
3.Сталу часу й індуктивність обмотки.
4. Діаметр дроту обмотки dд.
5. Переріз вікна обмотки і коефіцієнт заповнення.
Оптимальні значення розмірів інших елементів електромагніта знаходяться в певному співвідношенні з параметрами осердя. Так, довжина ярма ; довжина якоря ; переріз якоря ; переріз ярма ; переріз робочого зазору .
Рис.2 Еквівалентна схема заміщення магнітного кола електромагніта клапанного типу.
1. Визначимо робочий магнітний потік
; де
Магнітний опір ярма
Магнітний опір якоря
Магнітний опір осердя
Магнітний опір повітряного робочого проміжку
Магнітна провідність витоку
Сумарний магнітний опір
Загальний магнітний потік
Робочий магнітний потік
2.Визначаємо тягове зусилля
3. Визначаємо сталу часу й індуктивність обмотки
Магнітна провідність витоку
Індуктивність обмотки
Стала часу
4. Визначаємо діаметр дроту
5. Визначимо переріз вікна обмотки і коефіцієнт заповнення
Переріз вікна обмотки
Коефіцієнт заповнення
Відповідь: ; ; ; ; ; ; .
Завдання №2
1.Обертові трансформатори. Схеми, будова, принцип роботи.
Обертові (поворотні) трансформатори (ОТ) призначені для одержання перемінної напруги, що залежить від кута повороту ротора по призначенню ОТ ставляться до інформаційних електричних машин і застосовуються в системах автоматичного регулювання в якості вимірювальних елементів (датчиків кута) для виміру розбіжностей між двома обертовими осями. У обчислювальних пристроях обертовий трансформатори використовують при вирішенні різноманітних математичних задач, пов'язаних із побудовою трикутників, перетворенням координат, складанням і розкладанням векторів і т.п.
Обертовий трансформатор конструктивно являє собою електричну машину індукційного типу малої потужності. Найширше застосування одержали двохполюсні ОТ із двома парами однакових взаємно перпендикулярних обмоток: обмотки w1 і wК (С1 - С2 і СЗ - С4) розташованих на статорі; обмотки w2 і w3 (Р1 - Р2 і РЗ - Р4)- на роторі (рис.1). Обмотка збудження (С1 - С2) включається в мережу змінного струму, компенсаційна обмотка СЗ - С4 замикається накоротко або на резистор. Обмотки на роторі називаються вторинними: синусною Р1 - Р2 і косинусною РЗ - Р4. Електричний контакт з обмотками ротора здійснюється за допомогою контактних кілець і щіток (аналогічно контактним сельсинам) або через спіральні пружини, якщо ОТ працює в режимі обмеженого кута повороту. У останньому випадку кут повороту ротора ОТ обмежується максимальним кутом закручування спіральних пружин.
Принцип роботи обертових трансформаторів заснований на взаємній індуктивності між обмотками статора і ротора, що змінюються у визначеній функціональній залежності від кута повороту ротора.
Рис3. Принципова схема обертового трансформатор
Електрорушійні сили, що наводяться пульсуючим магнітним потоком збудження в обмотках ротора, строго відповідають цій залежності.
Якщо ОТ використовується в якості вимірювального елемента, то поворот ротора здійснюється за допомогою редукторного механізму високої точності, що або вмонтовується в корпус ОТ або монтується окремо від ОТ і з’єднується з його валом.
Якщо ОТ призначений для роботи в режимі повороту ротора в межах визначеного кута, то в якості компенсаційної обмотки і обмотки руйнування використовуються обмотки статора, а в якості вторинних - обмотки ротора.
Якщо ОТ працює в режимі беззупинного обертання ротора, то звичайно застосовують “обернене” використання обмоток: обмотки ротора використовують у якості компенсаційної обмотки і обмотки руйнування, а обмотки статора - у якості вторинних. Якщо компенсаційна обмотка замикається накоротко, то при “оберненому” використанні обмоток на роторі застосовують лише два контактних кільця, що спрощує конструкцію, підвищує надійність і точність ОТ.
В залежності від графіка функціональної залежності ЕРС вторинної обмотки від кута повороту ротора обертові трансформатори розділяють на наступні типи:
синусно-косинусний обертовий трансформатор ( СКОТ) - у нього виникає напруга U2 на виході обмотки w2 , що знаходиться в синусній залежності від кута повороту ротора a, і напруга U3 на виході обмотки w3, що знаходиться в косинусній залежності від кута повороту ротора a;
лінійний обертовий трансформатор ( ЛОТ) - у нього вихідна напруга U2 знаходиться в прямолінійній залежності від кута a:
обертовий трансформатор для побудови (БВТ) - призначений для вирішення геометричних задач.
Крім того, обертальні трансформатори можуть застосовуватися в якості масштабних трансформаторів (МОТ) для узгодження напруг окремих каскадів автоматичного пристрою, електричних машин синхронного зв'язку в трансформаторних системах дистанційної передачі кута.
2. Фізичні основи принципу дії магнітних підсилювачів.
Загальна характеристика МП
Магнітні підсилювачі - це найбільш поширений вид електромагнітних пристроїв аналогового типу. Розглянемо найпростіший тип магнітного підсилювача, якмй називається управляючим або підмагнічуваним дроселем насичення.
Робота магнітних підсилювачів заснована на використанні властивостей феромагнітних матеріалів. Нагадаємо ці властивості, відомі з курсу фізики. Якщо по обмотці, розташованій на осерді з феромагнітного матеріалу, протікає електричний струм, то в осерді виникає магнітне поле. Це магнітне поле в осерді характеризується напруженістю Н і магнітною індукцією В. Напруженість магнітного поля Н створюється струмом, що проходить по обмотці, та вимірюється в амперах на метр (А/м). Магнітна індукція В збільшується при зростанні напруженості Н і вимірюється в теслах (Тл). Крива, яка характеризує залежність магнітної індукції В від напруженості магнітного поля Н, називається кривою намагнічування феромагнітного матеріалу (рис. 4).
Рис. 4. Крива намагнічування феро-магнітного матеріалу
Починаючи з деякого значення напруженості магнітного поля, подальше її збільшення практично не призводить до зміни магнітної індукції. В цьому випадку визначають, що магнітний матеріал досяг стану насичення. Максимальна індукція в осерді називається індукцією насичення ВS; напруженість поля при цьому дорівнює НS.
Якщо далі зменшувати напруженість поля, то зміна магнітної індукції відбувається за новою кривою (крива 2). Індукція при цьому зменшується повільніше, ніж вона зростала при збільшенні Н від 0 до НS (крива 1). При зменшенні напруженості магнітного поля до нуля (тобто за відсутності струму в обмотці) індукція в осерді зберігає значення Вr , яке називається залишковою індукцією. При збільшенні напруженості магнітного поля в зворотному напрямку (тобто при зміні напрямку струму в обмотці) індукція зменшується до нуля при напруженості - НС, яка носить назву коерцитивної сили. Далі при значенні напруженості - Hs осердя знову насичується, індукція в ньому буде дорівнювати -Bs. Тепер при зміні напруженості від -Hs до +Hs зміна індукції відбувається за кривою 3. Таким чином, зміна індукції в залежності від напруженості поля відбувається за графіком, який має вигляд петлі, що називається петлею гістерезису. Як бачимо, залежність В(Н) має явно виражений нелінійний характер.
Фізичні процеси в МП
Розглянемо процеси, що відбуваються в осерді, якщо до обмотки прикладена синусоїдальна напруга u = Um sin (t, де u – миттєве значення напруги; Um – максимальне (амплітудне) значення напруги; ( - кутова частота; t – поточне значення часу.
Під дією цієї напруги по обмотці протікає струм І, а в осерді відбувається зміна магнітної індукції В і напруженості магнітного поля Н.
Зв'язок між електричними і магнітними величинами визначається на підставі закону повного струму і закону електромагнітної індукції. Згідно закону повного струму, напруженість магнітного поля Н в осерді пропорційна струму І в обмотці і обернено пропорційна середній довжині шляху магнітного потоку в осерді.
Згідно з законом електромагнітної індукції, при зміні магнітної індукції (магнітного потоку Ф) в обмотці індукується електрорушійна сила (ЕРС) е, яка пропорційна числу витків обмотки w і швидкості зміни магнітного потоку Ф.
Оскільки магнітний потік дорівнює добутку магнітної індукції В на площу перерізу осердя s, то
(1)
Знак мінус означає, що ЕРС е направлена назустріч напрузі u, яка викликає появу магнітного потоку.
Прикладена до обмотки змінна напруга u врівноважується падінням напруги на активному опорі обмотки r та значенням ЕРС е:
u=Ir+e. (2)
ЕРС є набагато більшою від Ir, оскільки r малий, тому можна прийняти
u = е. (3)
Амплітудне (максимальне) значення змінної складової індукції дорівнює
, (4)
Оскільки діюче значення синусоїдальної напруги в 2 рази менше його амплітудного значення Um, то на підставі формули (2.1.2) можна записати
(5)
де U і Е - відповідно діючі значення напруги та ЕРС, а
f =( /(2() - їх частота, Гц.
Аналіз рівняння (5) дозволяє зробити важливий висновок: амплітуда магнітної індукції Вm не залежить від магнітних властивостей осердя та постійної складової магнітної індукції і однозначно визначається амплітудою прикладеної до обмотки змінної напруги. В залежності від магнітних властивостей осердя і первинного підмагнічування В0 змінюється не амплітуда змінної складової індукції, а струм І в обмотці та, відповідно, напруженість магнітного поля Н.
У відповідності з законом повного струму можна записати вираз для середнього значення напруженості поля:
Н = Iw /l, (6)
де l - середня довжина шляху магнітного потоку по осердю.
Задача 3.1( Варіант 6)
Визначити: ЕРС, яка індукується в одному витку, ЕРС первинної і вторинної обмоток і коефіцієнт трансформації, а також активну потужність на навантаженні та сумарні втрати у трансформаторі.
Рис. 1 Схема однофазного трансформатора
Табл. 1
Параметри трансформатора
()
(Тл)
(Гц)
(Вт)
10
2,0
400
1500
100
0,82
180
Розв’язання
ЕРС в одному витку рівна:
ЕРС первинної і вторинної обмотки рівна:
Коефіцієнт трансформації рівний:
Активна потужність на навантаженні рівна:
Сумарні втрати складають:
Відповідь: ЕРС однофазного трансформатора яка індукується в одному витку складає 3,55 В; ЕРС первинної та вторинної обмоток та коефіцієнт трансформації дорівнюють Е1=5328 В; Е2=355,2 В; К=15; активна потужність на навантаженні та сумарні втрати у трансформаторі дорівнюють Ра=219,5 Вт; Р=39,5 Вт.
Задача № 3.2 (варіант 2)
Асинхронний двигун АО51-6 ввімкнений на одну з напруги згідно з табл. 2
Визначити: синхронну швидкість n1 і номінальне ковзання Sн; моменти: номінальний Мн, пусковий Мпуск і максимальний Мmax ; активну потужність Р1н, яку споживає двигун із мережі при номінальному навантаженні; пусковий струм Іпуск при U1; побудувати графік залежності обертового моменту М(Нм) двигуна АО51-6 від ковзання М=f(S) (від s=0 до s=sкр);побудувати механічну характеристику n=f(M), вважаючи що в інтервалі характеристика прямолінійна.
Табл. 2
№ варіанту
Рн
кВт
nн
об/хв.
Uм
В
Існ
А
η
%
cosφ
2
2,8
950
380
6,8
82
0,78
5,0
1,3
1,8
Розв’язання
Визначаємо моменти номінальний Мн, пусковий Мпуск і максимальний Ммах:
(Н*м);
(Н*м);
(Н*м);
Визначаємо потужність, яка споживається із мережі:
(Вт);
Для визначення пускового струму необхідно визначити :
(A);
;
Визначаємо номінальне і критичне ковзання двигуна:
;
Визначаємо M для побудови залежності М=f(S)
S
M
n
0,01
3,1484
155,5092
0,02
6,2252
153,9384
0,03
9,1616
152,3676
0,04
11,9011
150,7968
0,05
14,4
149,226
0,06
16,6290
0,07
18,5736
0,08
20,232
0,09
21,6128
0,1
22,7325
0,11
23,6129
0,12
24,2784
0,13
24,7544
0,14
25,0662
0,15
25,2374
0,16
25,29
Графік залежності обертового моменту М(Нм) двигуна від ковзання М=f(S)
Механічна характеристика n=f(M)
Відповідь: активна потужність,яку споживає двигун з мережі Р1н=3400Вт ; номінальний момент Мн=28,1 (Н*м); максимальний момент Ммах=50,58 (Н*м); пусковий момент Мпуск=36,5 (Н*м); номінальний струм Ін=6,66 А; пусковий струм Іпуск=33,3 А; номінальне ковзання Sн=0,05; критичне ковзання Sкр=0,16.
Задача № 3.3 варіант№6
Електродвигун постійного струму з паралельним збудженням (див. рис. 2) має номінальні дані, які наведені у табл. 3
Визначити: опір пускового реостату rпуск для запуску двигуна, пусковий струм якого вдвічі перевищує його номінальні значення; значення номінального обертового моменту Мн; пусковий обертовий момент Мпуск, вважаючи, що магнітний потік в цей час залишається сталим, швидкість обертання двигуна, якщо він працює як генератор, що віддає до мережі потужність Рм (якщо Uдв=Uген) ; потужність яку споживає двигун від мережі.
Рис. 2 Схема двигуна постійного струму з паралельним збудженням
Табл. 3
Параметри двигуна
Рном. кВт
U. B
(,%
nн, об/хв
рзб, %
ря, %
Вар. №6
6
110
0,75
2400
4
3,7
Розв’язання
Знаходимо потужність яку споживає двигун від мережі:
Знаходимо номінальний струм:
Знаходимо струм збудження:
Знаходимо номінальний струм обмотки якоря:
Визначаємо опір обмотки якоря:
Розраховуємо опір пускового реостата:
Визначаємо обертовий момент двигуна при номінальному режимі:
Визначаємо пусковий обертовий момент:
Струм в режимі генератора:
Струм в якорі в режимі генератора:
Знаходимо швидкість обертання двигуна, в режимі генератора:
Відповідь:опір пускового реостата для запуску двигуна rпуск =0,73 Ом; значення номінального обертового моменту Мном=23,88 Н*м; пусковий обертовий момент Мпуск=47,76 Н*м; потужність, яку двигун споживає від мережі, Ра=5,19кВт; швидкість обертання двигуна, якщо він працює як генератор, nген=2499 об/хв
Задача № 3.4 варіант№6
Електродвигун постійного струму з послідовним збуренням (див. рис. 3) має дані, які наведені у таблиці 4.
Визначити: номінальну потужність двигуна; потужність, яка відбирається від мережі Р ; струм двигуна; втрати в якорі та обробці збудження ; опір пускового реостату ; пусковий момент при, якщо відомо, що збільшення струму збудження у 2,5 раза відповідає підвищенню магнітного потоку в 1,8 раза.
Рис. Схема двигуна постійного струму з послідовним збудженням
Табл. 4
Параметри двигуна
Uн, В
nн, об/хв.
Мн, Н*м
rя, Ом.
rзб, Ом
η н, %
Вар. №6
220
980
130
0,6
0,45
85,0
Знаходимо номінальну потужність двигуна:
Знаходимо потужність, яка споживається двигуном від мережі:
Номінальний струм в якорі:
Опір пускового реостата:
Втрати в обмотці збудження і в обмотці якоря:
Пусковий струм в якорі двигуна при запуску:
Пусковий момент:
Відповідь: Pн = 13,34 кВт; P1н =15,7 кВт ; Iян = 71,36 А; Iпуск = 178,4 А; rпуск = 3,24 Ом; Pзб = 2,3 кВт; Pя = 3,05 кВт.
29.02.2012 15:02-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора