Структурный синтез и компьютерное моделирование синхронного электродвигателя с постоянными магнитами в роторе
Использование синхронной машины в прецизионном станкостроении. Применение синхронного двигателя в прецизионных и широкодиапазонных приводах прецизионных станков, роботов. Электромагнитный момент, развиваемый синхронным двигателем, его зависимость.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.01.2020 |
| Размер файла | 206,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Структурный синтез и компьютерное моделирование синхронного электродвигателя с постоянными магнитами в роторе
М.С. Лысов
Использование синхронной машины в прецизионном станкостроении объясняется ее особенностью - независимость частоты вращения ротора от момента нагрузки, высокой надежностью, энергетическими и массогабаритными показателями по сравнению с двигателями постоянного тока и асинхронными короткозамкнутыми двигателями. Его конкурентоспособность увеличивается на фоне непрерывного повышения качества и снижения стоимости магнитных материалов. Применение синхронного двигателя в прецизионных и широкодиапазонных приводах прецизионных станков, роботов обуславливает высокие требования к системам управления. В этой связи представление синхронного двигателя в виде структурной схемы как составной части объекта системы автоматического управления прецизионных электроприводов, прецизионных станков и установок является актуальной и своевременной.
При решении поставленной задачи воспользуемся общепринятым теоретическим подходом к представлению трехфазной машины в виде ее двухфазной модели, в которой имеются две обмотки на статоре, сдвинутые на 900 (рис.1) [1] и ротор в виде постоянного магнита.
В работе предлагается структурная схема двигателя в подвижной системе координат d-q, связанной с ротором при следующих допущениях:
1) обмотки статора симметричны;
2) напряжение, токи, магнитные потоки строго синусоидальны;
3) потери на гистерезис и вихревые токи не учитываются.
С учетом принятых допущений составим уравнение пространственного вектора напряжения статора
, (1)
где , - векторы, учитывающие пространственное состояние фазных напряжений, приложенных к статору, которые имеют вид
. (2)
Потокосцепления (2) при постоянном магните в роторе запишутся как
. (3)
В зависимостях (2), (3) введем обозначения: - напряжение в фазах статора, - токи в фазах статора, , - активные сопротивления и индуктивности фаз статора соответственно, - потоки сцепления фаз статора, - магнитный поток постоянного магнита ротора, - частота вращения ротора.
Учитывая соотношения (2), (3) выражение (1) примет вид
. (4)
Выражение для потокосцепления статора:
(5)
Подставим (5) в (4):
. (6)
Подставив значения величины во вращающейся системе координат после дифференцирования (6) и получим
(7)
В векторной форме в системе координат d-q уравнение (7) примет вид
. (8)
Полученное векторное уравнение электрического равновесия для синхронного двигателя разложим по осям d-q и придадим скалярное описание электрического равновесия синхронному двигателю:
. (9)
В этом случае уравнение (8) трансформируется в вид
. (10)
Система (10) позволяет связать напряжения статора, потока ротора со значением скорости двигателя при описании электромагнитных процессов в двигателе. Необходимо еще учесть электромеханические процессы, связанные с поворотом ротора двигателя, имеющего момент инерции . Эта связь установлена основным уравнением электропривода
. (11)
Электромагнитный момент, развиваемый синхронным двигателем, определяется зависимостью [2]
. (12)
Здесь - число пар полюсов машины.
Уравнения (10), (11), (12) позволяют синтезировать структурную схему синхронного двигателя с постоянными магнитами в роторе, которая показана на рис. 2. станок синхронный робот
Параметры модели: синхронный электродвигатель фирмы Siemens 5FK70605AF71 , ,, , , , ,, ,,.
Анализ системы показывает, что синхронный двигатель представляет собой нелинейный элемент в системе электропривода. Показатели качества целесообразно исследовать, используя компьютерное моделирование, например, в среде Matlab.
Для оптимального использования двигателя необходимо обеспечить такое регулирование, при котором отсутствует размагничивающее действие реакции якоря на магнитную систему машины. Это возможно только при минимизации составляющей статорного тока, т.е. при . Для выполнения этого условия система управления должна включать регулятор компенсации действия связей между и . Тогда получим, что структурная схема синхронного двигателя аналогична схеме машины постоянного тока с постоянными магнитами в цепи возбуждения.
При условии на рис. 3 показаны переходные процессы в "большом" при изменении , соответствующие (воздействие 1). Аналогичный вид имеют все переходные процессы при изменении частоты задания . На рис. 4 представлены переходные процессы в "малом" при ,и .
Р и с. 2. Структурная схема синхронного электродвигателя с постоянными магнитами в роторе
|
Р и с. 3. 1 - сигнал задания на электродвигатель; 2 - переходный процесс в "большом" при |
Р и с. 4. 1 - сигнал задания на электродвигатель; 2 - переходный процесс в "малом" при |
На рис. 5 показаны переходные процессы в реальном двигателе упомянутого типа с частотным преобразователем в программной среде DriverMonitor при аналогичных условиях.
Сравнительный анализ динамических показателей качества на рис. 3, 4, 5 показывает, что предложенная модель полностью соответствует требованиям представлений синхронного двигателя для целей синтеза системы автоматического управления прецизионными установками, например, прецизионными поворотными столами.
Р и с. 5. Переходный процесс в электродвигателе:
1 - сигнал задания на модель синхронного электродвигателя; 2 - переходный процесс в модели электродвигателя; 3 - переходный процесс в реальном двигателе 5FK70605AF71
Библиографический список
1. Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. М.: Машиностроение, 1990. 304 с.
2. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учеб. пособ. СПб.: Корона принт, 2001. 320 с.
3. Соколовский Г.Г. Электропривод переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2007. 264 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общая структура и принцип функционирования синхронного управляющего автомата. Анализ граф схемы алгоритма управляющего автомата и детализация блока памяти. Структурный синтез логического преобразователя и разработка электрической функциональной схемы.
курсовая работа [222,6 K], добавлен 19.02.2013Компьютерное моделирование - вид технологии. Анализ электрических процессов в цепях второго порядка с внешним воздействием с применением системы компьютерного моделирования. Численные методы аппроксимации и интерполяции и их реализация в Mathcad и Matlab.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.12.2013Переходный процесс включения и распространения включенного состояния в силовых тиристорах, его компьютерное моделирование на основе пакета программ приборно-технологического моделирования "Synopsys TCAD". Физические понятия в программном комплексе.
дипломная работа [914,1 K], добавлен 17.07.2016Системы стабилизации частоты синхронного генератора. Передаточные функции для разомкнутой и замкнутой системы. Переходная характеристика системы стабилизации частоты синхронного генератора. Качество непрерывных линейных систем автоматического управления.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 03.02.2022Понятие и условие устойчивости бистабильной системы. Исследование модели "нагреватель - охлаждающая жидкость", построение фазового портрета стационарных состояний нагревателя. Компьютерное моделирование данной системы в пакете model vision studium.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 07.06.2013Моделирование термодинамической системы с распределенными параметрами, случайных процессов и систем. Статистическое (имитационное) моделирование физических процессов, его результаты. Компьютерное моделирование систем управления с помощью пакета VisSim.
методичка [2,7 M], добавлен 24.10.2012Процесс функционирования системы массового обслуживания (СМО) на примере конвейера по изготовлению шестерен. Моделирование СМО на ЭВМ с помощью специализированного языка моделирования систем общего назначения GPSS. Улучшение показателей эффективности СМО.
курсовая работа [459,9 K], добавлен 23.06.2011Введение в интернет-технологии и компьютерное моделирование. Создание WEB страниц с использованием HTML. Создание динамических WEB страниц с использованием JavaScript. Работа с графикой в Adobe Photoshop и Flash CS. Основы компьютерного моделирования.
презентация [223,4 K], добавлен 25.09.2013Изучение деформации систем твердых тел. Линейные и нелинейные деформационные процессы. Построение математических моделей систем деформируемых твердых тел. Метод энергетической линеаризации. Компьютерное моделирование осадки плитных коробчатых фундаментов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.01.2017Компьютерное моделирование и анализ схемотехнических решений устройства для изучения принципов работы p-n-перехода полупроводниковых устройств. Исследование статических вольтамперных характеристик биполярного транзистора в программе Electronic Workbench.
дипломная работа [361,0 K], добавлен 11.01.2015Создание web-страниц с использованием языка HTML. Работа с графикой в Adobe Photoshop и Flash CS. Создание динамических web-страниц с использованием JavaScript и PHP. Базы данных и PHP. Пример реализации "Эконометрической модели экономики России" под WEB.
презентация [432,3 K], добавлен 25.09.2013Последовательность выполнения задания и рекомендации по проектированию. Проектирование несложных дискретных устройств (цифрового автомата), структурная схема и алгоритм функционирования. Применение синхронного триггера и его отличия от асинхронного.
методичка [258,6 K], добавлен 28.04.2009Начало образования информационного обеспечения милиции. Формирование и использование оперативно-справочных, розыскных и криминалистических учетов. Организация работы отдела статистики и контроля. Компьютерное обеспечение отделов исследуемого предприятия.
отчет по практике [36,3 K], добавлен 14.03.2011Основные понятия компьютерного моделирования. Функциональная схема робота. Системы компьютерной математики. Исследование поведения одного звена робота с использованием системы MathCAD. Влияние значений изменяемого параметра на амплитуду угла поворота.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.03.2013Разработка программы моделирования автоматизированной системы управления реактором в среде Mathcad. Математическая модель объекта, структурный и алгоритмический и параметрический синтез системы: инвариантность к возмущениям, ковариантность с заданием.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 20.03.2014Основные положения метода конечных элементов для решения электромагнитных задач. Общая характеристика, назначение и сравнение основных функциональных возможностей двух устройств с постоянными магнитами NdFeB: магнитной пружины и магнитного держателя.
дипломная работа [3,1 M], добавлен 30.08.2010Сферы применения машинной графики. Использование растровой, векторной и фрактальной графики. Цветовое разрешение и модели. Создание, просмотр и обработка информации. Форматы графических файлов. Программы просмотра. Компьютерное моделирование и игра.
презентация [661,5 K], добавлен 24.03.2017- Автоматизированная информационная система программирования логики промышленных роботов для ООО "ВМЗ"
Организационно-штатная структура конструкторского отдела систем управления технологическим оборудованием предприятия. Обоснование технологии разработки автоматизированной системы программирования логики промышленных роботов. Моделирование данных.
дипломная работа [7,8 M], добавлен 23.06.2012 Разработка структурной схемы руки человека. Методика определения коэффициента сервиса и координат точек ориентации. Разработка метода многомерной оптимизации для решения обратной задачи кинематики. Программная реализация определения коэффициента сервиса.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 15.06.2013Основные понятия моделирования, виды моделей. Программа моделирования электрических и электронных цепей PSpice. Язык описания заданий на моделирование. Программа Probe и ее основные характеристики. Моделирование электромеханических преобразователей.
статья [522,6 K], добавлен 20.07.2012
