Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 27
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. 3 – Переходная характеристика для одномассовой системы в режиме холостого хода. Рис. 4 – Процесс изменения КФ(t). Из графика находим: Расчетное значение: 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
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 значение скорости w1
. По полученным значениям строят график. Таким образом получают естественную электромеханическую характеристику. Искусственные электромеханические характеристики получают при изменении Uc
, Rя
и Ф. Зависимость w1
от этих величин описывается формулой: Рис. 5 Из графика находим: Расчетное значение Естественная электромеханическая характеристика приведена на рис. 6. Рис. 6 Для получения механической характеристики последовательно изменяют Мс
=0, Мн
Н×м и снимают установившееся значение скорости w1
. По полученным значениям строят график. Таким образом получают естественную механическую характеристику. Искусственные механические характеристики получают при изменении Uc
, Rя
и Ф. Зависимость w1
от этих величин описывается формулой: Итак, значение w1
при Мс
=0, нами уже получено ранее (см. рис. 3). Теперь мы изменяем значение Мс
, которое становится равным Мн
=КФIн
. 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
. Рис. 9 Uя
=200В, ωхх
=308,97 с-1
, ω=291,78 с-1
Uя
=180В, ωхх
=278,07 с-1
, ω=260,89 с-1
2. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Rя
. Рис. 10 Rя
=0,287 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=313,49 с-1
Rя
=0,387 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=304,297 с-1
3. Искусственные электромеханические характеристики при изменении Ф. Рис. 11 Ф=0,0182 Вб, ωхх
=153,13 с-1
, ω=145,39 с-1
Ф=0,0282 Вб, ωхх
=98,83 с-1
, ω=93,83 с-1
4. Искусственные механические характеристики при изменении Uя
. Рис. 12 Uя
=200 В, ωхх
=308,97 с-1
, ω=291,78 с-1
Uя
=180 В, ωхх
=278,07 с-1
, ω=162,81 с-1
5. Искусственные механические характеристики при изменении Rя
. Рис. 13 Rя
=0,287 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=313,49 с-1
Rя
=0,387 Ом, ωхх
=339,87 с-1
, ω=304,3 с-1
6. Искусственные механические характеристики при изменении Ф. Рис. 14 Ф=0,0182 Вб, ωхх
=153,13 с-1
, ω=149,66 с-1
Ф=0,0282 Вб, ωхх
=98,83 с-1
, ω=97,38 с-1
Выводы: при уменьшении напряжения якоря установившееся значение угловой скорости уменьшается. При увеличении дополнительного сопротивления якоря значение угловой скорости остается прежним при холостом ходе и уменьшается при механических и электрических воздействиях. При увеличении магнитного потока значение угловой скорости уменьшается. 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
- момент статического сопротивления двигателя, Мс2
- момент статического сопротивления нагрузки, М12
- момент сопротивления упругой связи, С12
– коэффициент жесткости упругой связи, J1
- момент инерции двигателя, J2
- момент инерции рабочего органа. 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 поведение двухмассовой упругой электромеханической системы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения. На входы схемы Мс1
и Мс2
подаем значения Мс1
= Мс2
= 0. Остальные параметры – номинальные. С выхода схемы снимаем переходную характеристику угловой скорости вращения рабочего органа Исследуем переходные процессы Рис. 16 – Структурная схема для моделирования двухмассовой упругой системы с двигателем постоянного тока независимого возбуждения Примем j1
-j2
=1°, тогда коэффициент жесткости 1. Пусть J1
=J2
=0.56 кг×м2
2. Примем J1
>J2
(0.84>0.56) Рис. 18 – Переходные процессы 3. Примем J1<J2 (0.56<0.84) Рис. 19 - Переходные процессы Вывод: при увеличении момента инерции механизма время регулирования уменьшается, а при уменьшении – увеличивается.
|