Загрузка...
Учебная работа. Контрольная работа: Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения
исследование статических и динамических характеристик в одномассовой электромеханической системе с двигателем постоянного тока независимого возбуждения
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения подключен по схеме, приведенной на рис. 1.
Рис. 1
Вышеприведенная система математически описывается системой дифференциальных уравнений:
где Uя
, Uв
, – напряжение на обмотке якоря и возбуждения (ОВД),
iя
, iв
, – ток якоря и обмотки возбуждения,
R я
S
, Rв
– сопротивление якоря и обмотки возбуждения,
L я
, Lв
– индуктивность якоря и обмотки возбуждения,
Ф – магнитный поток обмотки возбуждения,
K – конструктивный коэффициент,
М – электромагнитный момент двигателя,
Мс
— момент статического сопротивления двигателя,
JS
— момент инерции двигателя,
По приведенным уравнениям составим математическую модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения ( рис. 2).
Рис. 2
исходные данные для двигателя П 61 мощности PН
= 11 кВт:
номинальное напряжение питания Uн
=220 В,
номинальная скорость вращения n = 1500 об/мин,
номинальный ток в цепи якоря Iя. н.
= 59,5 А,
сопротивление цепи якоря RЯ
S
= 0,187 Ом,
сопротивление обмотки возбуждения RВ
= 133 Ом,
число активных проводников якоря N = 496,
число параллельных ветвей якоря 2a = 2,
число витков полюса обмотки возбуждения wв
=1800,
полезный магнитный поток одного полюса Ф = 8,2 мВб,
номинальный ток возбуждения обмотки возбуждения
IВ. Н.
= 1,25 А,
максимальная допускаемая частота вращения 2250 об/мин,
момент инерции якоря J1
= 0,56 кг×м2
,
двигатель двухполюсный 2Pn
=2,
масса двигателя Q = 131 кг.
Произведем необходимые расчеты.
1. Угловая скорость
2. Конструктивный коэффициент двигателя
3. Постоянная времени цепи возбуждения
4. Постоянная времени цепи якоря
5. Коэффициент Кф
Все полученные данные подставляем в структурную схему (рис. 2) и проведем ее моделирование с помощью программного пакета Matlab. Величины Uя
= Uв
= Uс
подаются на входы схемы ступенчатым воздействием. На выходе снимаем значение скорости вращения двигателя w1
. Динамическая характеристика двигателя (график изменения скорости w1
(t) при номинальных параметрах и Мс
=0) изображена на рис. 3. График показывает выход скорости на установившееся значение при включении двигателя.
График изменения скорости КФ(t) приведен на рис. 4.
Рис.4
Рис.3
Рис. 3 – Переходная характеристика для одномассовой
системы в режиме холостого хода.
Рис. 4 – процесс изменения КФ(t).
Из графика находим: 
Расчетное
Как мы видим, расчетное значение значительно отличается от значения, полученного экспериментально при моделировании системы. Это объясняется тем, что расчеты мы выполняли по эмпирическим формулам и не учли все параметры модели. Однако для нас наиболее важно получить качественные характеристики, а не количественные. А это наша модель позволяет сделать.
Статическая характеристика двигателя – это изменение установившейся скорости вращения двигателя w1 таким образом получают естественную электромеханическую характеристику. Искусственные электромеханические характеристики получают при изменении Uc Рис. 5 Из графика находим: Расчетное
Естественная электромеханическая характеристика приведена на рис. 6. Рис. 6 Для получения механической характеристики последовательно изменяют Мс Зависимость w1 Итак, теперь мы изменяем значение Мс Получаем переходный процесс (см. рис. 7). Рис. 7 Из графика находим: Естественная механическая характеристика приведена на рис. 8. Перейдем к построению искусственных характеристик. 1. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Uя Uя Uя Естеств. Рис. 9 Uя Uя 2. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Rя Rя Rя Естеств. Рис. 10 Rя Rя 3. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Ф. Ф=0,0282 Вб Ф=0,0182 Вб Естеств. Рис. 11 Ф=0,0182 Вб, ωхх Ф=0,0282 Вб, ωхх 4. Искусственные механические характеристики при изменении Uя Uя Uя Естеств. Рис. 12 Uя Uя 5. Искусственные механические характеристики при изменении Rя Rя Rя Естеств. Рис. 13 Rя Rя 6. Искусственные механические характеристики при изменении Ф. Естеств. Рис. 14 Ф=0,0182 Вб, ωхх Ф=0,0282 Вб, ωхх Выводы: при уменьшении напряжения якоря установившееся дополнительного сопротивления якоря значение угловой скорости остается прежним при холостом ходе и уменьшается при механических и электрических воздействиях. При увеличении магнитного потока
Задание 2 Исследование характеристик двигателя постоянного тока независимого возбуждения в двухмассовой упругой системе В двухмассовой системе двигатель подключается к нагрузке через упругое звено. Структурная схема такого включения изображена на рис. 15. Рис. 15 – Структурная схема двухмассовой упругой электромеханической системы Здесь используются следующие обозначения: М – электромагнитный момент двигателя, Мс1 Мс2 М12 С12 J1 J2 Для случая упругой связи в структурную схему математической модели (рис. 2) необходимо добавить соответствующие элементы. Полученная схема изображена на рис. 16. С помощью данной схемы смоделируем постоянного тока независимого возбуждения. На входы схемы Мс1 Исследуем переходные процессы Рис. 16 – Структурная схема для моделирования двухмассовой упругой системы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения Примем j1 тогда коэффициент жесткости 1. Пусть J1 w1 Рис. 17 – Переходные процессы 2. Примем J1 Рис. 18 – Переходные процессы 3. Примем J1 w2 w1 Рис. 19 — Переходные процессы Вывод: при увеличении момента инерции механизма время регулирования уменьшается, а при уменьшении – увеличивается.
при изменении тока якоря Iя
(электромеханическая характеристика) или нагрузки Мс
(механическая характеристика). Для получения электромеханической характеристики последовательно изменяют Ic
=0, Iн
А и снимают установившееся
, Rя
и Ф. Зависимость w1
от этих величин описывается формулой: 
Итак, теперь мы изменяем значение Ic
, которое становится равным Iн
=59,5 А и получаем переходный процесс (см. рис. 5).
.
=0, Мн
Н×м и снимают установившееся таким образом получают естественную механическую характеристику. Искусственные механические характеристики получают при изменении Uc
, Rя
и Ф.
от этих величин описывается формулой:
.
, которое становится равным Мн
=КФIн
.
Расчетное 
.
= 180 В
= 200 В
=200В, ωхх
=308,97 с-1
, ω=291,78 с-1
=180В, ωхх
=278,07 с-1
, ω=260,89 с-1
.
=0,387 Ом
=0,287Ом ООмОм
=0,287 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=313,49 с-1
=0,387 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=304,297 с-1
=153,13 с-1
, ω=145,39 с-1
=98,83 с-1
, ω=93,83 с-1
.
= 200 В
= 180 В
=200 В, ωхх
=308,97 с-1
, ω=291,78 с-1
=180 В, ωхх
=278,07 с-1
, ω=162,81 с-1
.
=0,287 Ом
=0,387 Ом
=0,287 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=313,49 с-1
=0,387 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=304,3 с-1
=153,13 с-1
, ω=149,66 с-1
=98,83 с-1
, ω=97,38 с-1
— момент статического сопротивления двигателя,
— момент статического сопротивления нагрузки,
— момент сопротивления упругой связи,
– коэффициент жесткости упругой связи,
– скорость вращения вала двигателя,
– скорость вращения рабочего органа,
— момент инерции двигателя,
— момент инерции рабочего органа.
и Мс2
подаем значения Мс1
= Мс2
= 0. Остальные параметры – номинальные. С выхода схемы снимаем переходную характеристику угловой скорости вращения рабочего органа и вала двигателя .(t) и (t), изменяя моменты инерции двигателя и рабочего органа.
-j2
=1°,
=J2
=0.56 кг×м2
w2(t) и (t)
>J2
(0.84>0.56)
(t) и (t)
(t) и (t)