Исследование рабочих характеристик двигателей постоянного тока

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования

«Курский Государственный технический университет»

Кафедра электротехники, электроники и автоматики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА №1

«Исследование рабочих характеристик двигателей постоянного тока»

для студентов специальности 140211.65 «Электроснабжение» дневной формы обучения

Г. Курск - 2010

Составитель Е.М. Терещенко

УДК 669.18.621.3

Рецензент

Доктор технических наук, профессор кафедры электротехники, электроники и автоматики Курского государственного технического университета Емельянов В.М.

Электропривод. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 140211.65 «Электроснабжение» дневной и заочной форм обучения / Сост. Е.М. Терещенко. - Курск: КГТУ, 2009-15 с.

Изложены общие вопросы и особенности структурного моделирования в среде MATLAB работы электроприводов постоянного тока. Приведены разработанные методические рекомендации по исследованию технических характеристик двигателей и систем управления в автоматизированных электроприводах.

Текст печатается в авторской редакции.

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040 г.Курск, ул. 50 лет Октября, 94

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ №1

Тема работы: Моделирование режимов работы электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения. Определение механических и электромеханических характеристик при различных методах регулирования их параметров в среде структурного моделирования MatLab/Simulink.

Цель работы: Изучение методики расчета параметров двигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением и моделирование естественной и искусственных механических характеристик при регулировании параметров ДПТ реостатным методом, изменением магнитного потока в обмотке возбуждения, изменением величины питающего напряжения в цепи якоря.

1. Основные параметры и методика моделирования

Моделирование работы ДПТ с независимым возбуждением проводится в среде MatLab. Пиктограмма изображения ДПТ в среде MatLab, приведенная на рис. 1.1., расположена в базе библиотек программы по адресу Simulink/SimPower System/Block Library/Machines

Рисунок 1.1 - Пиктограмма изображения ДПТ в среде Simulink

C пиктограммой связана математическая модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения.

Порты модели A+ и A- являются выводами обмотки якоря машины, а порты F+ и F- представляют собой выводы обмотки возбуждения. Порт TL предназначен для подачи момента сопротивления движению. На выходном порте m формируется векторный сигнал, состоящий из четырех элементов: скорости, тока якоря, тока возбуждения и электромагнитного момента машины.

Структурная схема модели машины постоянного тока представлена на рис. 1.2.

Рисунок 1.2 - Математическая модель электродвигателя постоянного тока

Примечание: В библиотеке Machines представлена также дискретная модель машины постоянного тока - Discrete DC_Machine. Модель отличается от рассмотренной выше - использованием блоков дискретных передаточных функций. В окне диалога блока также присутствует параметр Sample time (s) - шаг дискретизации

Цепь якоря машины представлена последовательно включенными элементами Ra (активное сопротивление якорной цепи), La (индуктивность якорной цепи) и блоком E_FCEM (управляемый источник напряжения) , моделирующим ЭДС обмотки якоря.

Цепь возбуждения машины представлена на схеме элементами Rf и Lf - активным сопротивлением и индуктивностью обмотки возбуждения.

Механическая часть модели вычисляет скорость вращения вала машины в соответствии с уравнением:

,

где Те - электромагнитный момент машины, В - коэффициент вязкого трения, ТL - коэффициент сухого трения.

Механическая часть модели представлена интегратором и усилителем с коэффициентом передачи , а также соответствующими сумматорами и умножителем.

Перед использованием модели ДПТ в моделируемой схеме включения, необходимо задаться его параметрами. Окно параметров ДПТ представлено на рис. 1.3

Используются следующие параметры:

1.Armature resistance and inductance [Ra (ohms) La (H) ]:

[Активное сопротивление Ra (Ом) и индуктивность La (Гн) цепи якоря].

2.Field resistance and inductance [Rf (ohms) Lf (H) ]:

[Активное сопротивление Rf (Ом) и индуктивность Lf (Гн) цепи возбуждения].

3.Field-armature mutual inductance Laf (H) :

[Взаимная индуктивность между цепью якоря и цепью возбуждения двигателя (Гн)].

4.Total inertia J (kg.m^2):

[Момент инерции двигателя J (кгм2)].

Рисунок 1.3 - Окно задания параметров ДПТ

моделирование режим электродвигатель постоянный ток

5.Viscous friction coefficient Bm (N.m.s):

[Коэффициент вязкого трения Bm (Нмс)].

6.Coulomb friction torque Tf (N.m):

[Реактивный момент сопротивления Tf (Нм)].

7.Initial speed (rad/s) :

[Начальная угловая скорость вала двигателя (рад/с)].

Предварительные расчеты параметров:

Необходимые параметры машины постоянного тока с независимым возбуждением можно определить на основе ее паспортных данных, используя следующие соотношения [1]:

Величина ЭДС обмотки якоря вычисляется по выражению:

,

где Е - ЭДС обмотки якоря, - угловая скорость вращения вала электродвигателя, Ке- коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС.

Коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС зависит от величины тока обмотки возбуждения машины:

,

где Laf - взаимоиндуктивность между обмоткой якоря и обмоткой возбуждения, If - ток обмотки возбуждения машины.

Величина электромагнитного момента машины вычисляется в соответствии с выражением

,

где - ток якоря; - коэффициент пропорциональности между электромагнитным моментом и током якоря. По величине коэффициент равен .

номинальный ток обмотки возбуждения:

или , А;

номинальный момент сопротивления:

, Нм;

взаимная индуктивность между цепью якоря и цепью возбуждения двигателя

, Гн;

индуктивность обмотки возбуждения:

, Гн;

момент инерции электродвигателя:

, кгм2;

механические потери электродвигателя

;

реактивный момент сопротивления:

,

коэффициент вязкого трения:

,

где Iв - ток обмотки возбуждения, Uв - напряжение обмотки возбуждения,Rв - активное сопротивление обмотки возбуждения, Lв - индуктивность обмотки возбуждения, Iян - номинальный ток обмотки якоря, Uян - номинальное напряжение обмотки якоря, Rя - активное сопротивление обмотки якоря, Мн - номинальный момент, Рн - номинальная мощность, nн - номинальная частота вращения якоря (об/мин), щн - номинальная угловая скорость вращения якоря (рад/с), Пмех - общие механические потери машины.

Индуктивность якорной цепи может быть найдена по формуле:

,

где С=(1?2.5) для машин с компенсационной обмоткой (большая величина относится к тихоходным двигателям), С=6 для некомпенсированных машин, p - число пар полюсов.

Для пересчета параметра nн (об/мин) в wн использовать следующее выражение:

wн = 2р nн /60 (1/с).

Полученные расчетные данные параметров ДПТ свести в таблицу.

Таблица 1.

2. Программа выполнения лабораторного практикума.

2.1 Используя методическое пособие по работе в среде MatLab, изучить назначение основных блоков среды, предназначенных для структурного моделирования.

2.2 В соответствии с вариантом задания, используя данные табл.2, рассчитать входные параметры ДПТ независимого возбуждения, необходимые для моделирования в среде MatLab и занести их в табл.1..

2.3 Разработать и запустить на исполнение структурную схему для моделирования естественных электромеханических и механических характеристик ДПТ, Снять и сохранить графики изменения силы тока якоря и скорости вращения вала двигателя в функции времени. Определить по характеристикам номинальную величину коэффициента потока обмотки возбуждения (кФн).

2.4 Разработать и запустить на исполнение структурную схему для моделирования искусственных механических или электромеханических характеристик при ослабленном потоке возбуждения. Снять и сохранить графики изменения силы тока якоря и скорости вращения вала двигателя в функции времени. Величину добавочного сопротивления в обмотке возбуждения принять равной 50?100 Ом.

2.5 Разработать и запустить на исполнение структурную схему для моделирования искусственных механических и электромеханических характеристик при снижении величины питающего напряжения в 2 раза. Снять и сохранить графики изменения силы тока якоря и скорости вращения вала двигателя в функции времени.

2.6 Разработать и запустить на исполнение структурную схему для моделирования искусственных механических и электромеханических характеристик при реостатном многоступенчатом пуске. Снять и сохранить графики изменения силы тока якоря и скорости вращения вала двигателя в функции времени;

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

расчет входных параметров ДПТ необходимых для моделирования;

структурные схемы математических моделей построенных в среде MatLab;

электромеханические или механические характеристики ДПТ, графики изменения силы тока якоря и скорости вращения вала двигателя в функции времени;

выводы по результатам моделирования.

Контрольные вопросы

Назовите способы регулирования угловой скорости вращения якоря ДПТ независимого возбуждения.

Запишите уравнение электромеханической и механической характеристики ДПТ независимого возбуждения.

Изобразите естественную механическую характеристику ДПТ независимого возбуждения.

Изобразите искусственные механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при изменении величины питающего напряжения.

Как влияет изменение величины питающего напряжения на угловую скорость вращения вала ДПТ.

Изобразите искусственные механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при вводе добавочного сопротивления в якорную цепь.

Изобразите искусственные механические характеристики ДПТ независимого возбуждения при ослаблении магнитного потока.

Как влияет изменение величины питающего напряжения на угловую скорость вращения вала ДПТ.

Как влияет ввод добавочного сопротивления в якорную цепь ДПТ на изменение угловой скорости вращения вала.

Как влияет ослабление магнитного потока на угловую скорость вращения вала ДПТ.

Таблица 2 - Варианты заданий и исходные данные к лабораторному практикуму №1

ЛИТЕРАТУРА

MATLAB: Simulink & Toolboxes. - 61 с.

Бенькович Е.С. Практическое моделирование динамических систем / Е.С. Бенькович, Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков.- СПб. : БХВ-Петербург, 2002.

Доманов А.В. Компьютерные технологии в электроприводе -Ульяновск : УлГТУ, 2006. - 112

Методические рекомендации по использованию пакета Matlab Simulink при выполнении лабораторных и исследовательских работ в электроприводе.

Черных И.В. Simulink: Инструмент моделирования динамических систем / И.В.Черных.- М.: Диалог-МИФИ, 2003. - 496 с.

Размещено на Allbest.ru