Лабораторная работа №4. Моделирование динамических режимов работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения - файл n7.docx

Лабораторная работа №4. Моделирование динамических режимов работы двигателя постоянного тока параллельного возбуждения

Доступные файлы (7):

n1.txt	1kb.	27.09.2012 19:23	скачать
L(i).map
n3.map
n4.vsm
n5.xmcd
n6.xmcd
n7.docx	279kb.	05.12.2012 00:54	скачать

n7.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Южно-Уральский государственный университет

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Электромеханика и электромеханические системы»

ОТЧЕТ

по лабораторной работа №4

«МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ»

Выполнил: студент группы Э-572

Макеев А. А.

Проверил: Курносов Д. А.

Вариант № 6

Челябинск

2012 г.

Цель работы: освоение компьютерного метода исследования двигателя

постоянного тока параллельного возбуждения (ДПТ). Особое внимание уделено

методике расчёта динамических индуктивностей и взаимоиндуктивностей и

рабочего магнитного потока.
Порядок выполнения работы:

1. Составить математическую модель ДПТ. Обосновать принятые допущения.

2. Провести моделирование процесса пуска двигателя:

а) на холостом ходу без пускового сопротивления;

б) с пусковым сопротивлением;

в) под нагрузкой.

3. Провести моделирование процесса отработки нагрузки на номинальной скорости при скачкообразном набросе нагрузки.

4. Провести моделирование переходного процесса при включении добавочного

(регулировочного) сопротивления в обмотку возбуждения на номинальной скорости.

5. Провести моделирование переходного процесса по п. 2а при увеличении

а) электромагнитной постоянной времени в 2 раза;

б) электромеханической постоянной времени в 2 раза.

6. Провести аналитический расчёт процесса пуска ДПТ (по п. 2а, 2b или 2с – в соответствии с вариантом задания).

7. Сравнить результаты моделирования и расчёта, сделать выводы по работе.
Исходные данные приведены в таблицах 1, 2 и 3.
Таблица 1

Мощность, кВт	PH	8	Пусковое сопротивление, Ом	rП	–
Напряжение, В	U	220	Регулировочное сопротивление, Ом	rP	201
Ток якорной цепи, А	IH	40	Полюсное перекрытие	?	0.8
Частота вращения, об/мин	n	1500	Коэффициент рассеяния главных полюсов	?	1.15
Конструктивная постоянная	K	158	Момент нагрузки	MH	0-50
Число пар полюсов	p	2	Момент инерции, кгм2	J	0,5
Число параллельных ветвей якорной обмотки	a	1	Сопротивление обмотки возбуждения, Ом	rB	137
Число витков обмотки возбуждения	wB	860	Число витков обмотки якоря	wa	8
Коэффициент рассеяния	?	-	Ток обмотки возбуждения, А	iBH	1.6
Индуктивность рассеяния, Гн	L?	0,01	Сопротивление якорной цепи, Ом	ra	0.55

Таблица 2.

F, А	0	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2750
Ф, 10-5 Вб	0	222	444	656	734	811	869	891	912	937

Таблица 3.

Вариант	№ режима в п.6	J	L?	?
6	2б	0,25	0,02	-

1. 
   МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДПТ. ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ
   

Примем ряд допущений для упрощения математической модели.

1. 
   Считаем, что магнитный поток – заранее известная функция от МДС возбуждения и МДС рассеяния якоря;
   
2. 
   Не учитываем вихривые токи в роторе и статоре двигателя;
   
3. 
   Не учитываем отклонения напряжения питания от номинала во времени;
   
4. 
   Не учитываем падение напряжения на коллекторе;
   
5. 
   Не учитываем момент сухого трения.
   

Рис.1. Двигатель постоянного тока параллельного возбуждения

Запишем систему уравнений, описывающую двигатель постоянного тока:

(1)

где – напряжение питания,

– ток якоря,

– ток возбуждения,

– сопротивление обмотки якоря,

– сопротивление обмотки возбуждения,

– индуктивность обмотки якоря,

– индуктивность обмотки возбуждения,

– взаимоиндуктивность обмототок,

– магнитный поток ,

– конструктивный коэффициент,

– номинальная скорость.

Основной проблемой является реализация динамической индуктивности и рабочего магнитного потока.

Перепишем выражения в форме Коши:

		(2)
		(3)
где		(4)
		(5)
		(6)

Выражение для расчета динамической индуктивности обмотки якоря:

(7)

Выражение для расчета динамической индуктивности обмотки возбуждения:

(8)

Для вычисления магнитного потока в лабораторной работе используется двухточечный метод Гаусса.

		(9)
		(10)
		(11)
		(12)

2. 
   МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУСКА ДПТ
   

Составим модель двигателя постоянного тока в пакете VisSim, использую принятые допущения. Структурная схема ДПТ представлена в приложении 1.
а) Моделирование пуска ДПТ на холостом ходу без пускового сопротивления







Рис. 2. Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени

Время переходного процесса:

б) Моделирование пуска ДПТ на холостом ходу с пусковым сопротивлением







Рис. 3 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (Rп=3 Ом)

Время переходного процесса:

б) Моделирование пуска ДПТ на холостом ходу под нагрузкой







Рис. 3 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (Rрег=201 Ом)

Время переходного процесса:

3. 
   МОДЕЛИРОВАНИЕ ОТРАБОТКИ НАГРУЗКИ
   

Произведем моделирование процесса отработки нагрузки на номинальной скорости при скачкообразном набросе нагрузки.

Для этого вместо блока «const», моделирующего нагрузку, включим блок «step». Установим для него задержку (time delay) равную времени переходного процесса () и амплитуду, равную номинальному моменту

(.







Рис. 4 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (наброс М=50 Н*м при t=0,3 c)
Время переходного процесса:

4. 
   МОДЕЛИРОВАНИЕ ВКЛЮЧЕНИЯ РЕГУЛИРОВОЧНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
   

Проведём моделирование переходного процесса при включении добавочного (регулировочного) сопротивления в обмотку возбуждения на номинальной скорости.

Для этого блок заменим блоком «step» со следующими параметрами:

time delay = 0,3 с; amplitude = 201.








Рис. 5 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (наброс Rрег=201Ом при t=0,3 c)

Время переходного процесса:

5. 
   МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУСКА ПРИ ИЗМЕНЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ ВРЕМЕНИ
   

а) Моделирование пуска ДПТ при увеличении электромагнитной постоянной времени в 2 раза







Рис. 6 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (увеличение Tя в 2 раза))

Время переходного процесса:

б) Моделирование пуска ДПТ при увеличении электромеханической постоянной времени в 2 раза







Рис. 6 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) и электромагнитного момента от времени (увеличение Tм в 2 раза))

Время переходного процесса:

6. 
   АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПУСКА ДВИГАТЕЛЯ
   

Примем ряд допущений, чтобы систему дифференциальных уравнений свести к линейной.

1. 
   Пренебрежем взаимоиндуктивностями обмотками добавочных полюсов и компенсационных обмоток.
   
2. 
   Активные сопротивления и собственные индуктивности обмоток складываются.
   
3. 
   Считаем, что в момент подключения обмоток якоря к источнику питания переходный процесс в ОВ уже закончился
   
4. 
   Так как реакция якоря не влияет на основной магнитный поток машины, то при пуске
   
5. 
   ЭДС вращения и электромагнитный момент являются линейной функцией, т.к. индуктивности – , а насыщение магнитной цепи – неизменное.
   

В результате допущений имеем систему линейных уравнений:

Второй закон Кирхгофа для контура I:



Возьмем производную:



Преобразуем предыдущее выражение:





Решим дифференциальное уравнение второго порядка:



корни уравнения



Закон изменения тока:



Закон изменения скорости:



Имеем систему уравнений:



Решив, получим:



Получим:










Рис.7 Зависимости частоты вращения (w), тока якоря (iя) от времени (аналитический расчет)
Установившееся значение скорости:

Время переходного процесса:

7. АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Сведём в таблицу данные, получение при моделировании и данные, полученные в результате аналитического расчета.

Таблица 4.

Переменная	Моделирование в VisSim	Аналитический
	4	4
	1679	1647,5
	60,59	59,6

8. ВЫВОД

В данной работе были промоделированы динамические режимы нагрузки ДПТ при различных параметрах. Освоена методика моделирования индуктивностей и взаимоиндуктивностей. Характер поведения модели соответствует поведению двигателя постоянного тока в реальности.

Наглядно показаны различия в форме переходных процессов при варьировании:

• 
  пускового сопротивления (Rпуск);
  
• 
  регулировочного сопротивления (Rрег);
  
• 
  момента сопротивления (Мс);
  
• 
  нагрузки (в том числе и скачкообразного наброса нагрузки);
  
• 
  электромагнитной постоянной времени (Тя);
  
• 
  электромеханической постоянной времени (Тм).
  

Переходные процессы, полученные в результате моделирования в пакете Vissim не существенно отличаются от данных, полученных в результате аналитического расчета.
ПРИЛОЖЕНИЕ А.