Лабораторные работы по Электромеханическим системам - файл n1.doc

Лабораторные работы по Электромеханическим системам
скачать (749.1 kb.)
Доступные файлы (4):
n1.doc293kb.18.05.2010 01:41скачать
n2.doc484kb.18.05.2010 01:42скачать
n3.doc388kb.18.05.2010 01:42скачать
n4.doc258kb.18.05.2010 01:42скачать

n1.doc

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации


Кафедра Автоматики и Управления в технических системах


Отчет по лабораторной работе № 1
Исследование одномассовой электромеханической системы с электроприводом постоянного тока
По дисциплине Электромеханические Системы

Москва 2010

1. Составление расчетной схемы электромеханической системы (момент нагрузки приложен к валу исполнительного механизма).


Рис. 1 Расчетная схема электромеханической системы


2. Составление уравнений для установившегося режима работы.
2.1. Составление отдельных уравнений для электрической и механической цепей двигателя.
(1)

(2)
Уравнения (1) и (2) являются уравнениями электрической и механической цепей соответственно, где:


В исходных данных ω задана в об/мин, но для дальнейших вычислений ее нужно привести к размерности вида рад/с :
(3)

где:



Отсюда ω = 293,067 рад/с.
Из уравнений (1) и (2) получим значения Мс и Се:

Вс.

Так как Се = См, то:
Нм.
2.2 Составление единого уравнения двигателя.
Из уравнений (1) и (2) выведем ω:

(4)
Уравнение (4) является единым уравнением двигателя.
Согласно уравнению (4) ω = 293,067 рад/с
Величины и называются коэффициентами передачи двигателя по управляющему воздействию и нагрузке соответственно и равны:
=,404

=0,493 1
2.3 Составление структурной схемы двигателя.
Согласно уравнению (4) составляем структурную схему двигателя:



Рис.2 Структурная схема двигателя
2.4 Механическая и регулировочная характеристики.
Механическая характеристики – зависимость скорости от момента нагрузки при постоянном значении якорного тока.

Регулировочная характеристика – зависимость скорости от напряжения.

Двигатель в режиме холостого хода и под нагрузкой имеет разные скорости вращения. Скорость двигателя в режиме холостого хода и падение скорости под нагрузкой можно связать с коэффициентами передачи двигателя по управляющему воздействию и нагрузки:

= 294,84 рад/с (5)

= 1,773 рад/с (6)

Уравнения (5) и (6) являются уравнениями скорости двигателя при холостом ходе и падения скорости под нагрузкой соответственно.

Графическую интерпретацию эти коэффициенты имеют как тангенсы углов «α» и «β»:






Рис.3 Механическая характеристика




Рис.4 Регулировочная характеристика
На характеристике:

Uном – номинальное напряжение;

Uтр – напряжение троганья;

ω0, ωном – скорость вращения ненагруженного двигателя и номинальная скорость вращения двигателя

Для нашего двигателя:



= 1,404
3. Составление уравнений для динамического режима работы с учетом инерционности только механической цепи двигателя.
3.1 Составление отдельных уравнений для электрической и механической цепей двигателя.
(7)

(8)
Уравнения (7) и (8) являются уравнениями электрической и механической цепей соответственно, где:



3.2 Единое уравнение двигателя.
Из уравнений (7) и (8) выводится ω:


Производная по времени, заменяется оператором Лапласа, в итоге:

(9)
Уравнение (9) является единым уравнением двигателя.
Момент инерции J вычисляется по формуле:
, где



, где





= 0,22
Tм = 0,256
3.3 Составление структурной схемы двигателя в двух вариантах.

Согласно уравнению (9) составляется структурная схема двигателя:



Рис.5 Первый вариант структурной схемы двигателя в номинальном режиме
Положив момент сопротивления равным нулю:


Рис.6 Первая структурная схема двигателя в режиме холостого хода

Для данных структурных схем возможно наблюдение за изменением скорости, но не за изменением тока.
Для возможности наблюдения за изменением тока и скорости одновременно необходимо в уравнениях (7) и (8) перейти к производной ЭДС двигателя по времени.
Так как

, то уравнения (7) и (8) преобразуются в вид:





Так же как и в пункте 3.2 и получаем уравнение для составления второго варианта структурной схемы:




Рис.7 Второй вариант структурной схемы двигателя в номинальном режиме


Удалив обратную связь по ЭДС двигателя, получаем схему для исследования режима короткого замыкания:

Рис.8 Структурная схема для исследования режима короткого замыкания

4. Составление уравнений для динамического режима работы с учетом инерционности механической и электрической цепи двигателя.
4.1 Составление отдельных уравнений для электрической и механической цепей двигателя.

(10)

(11)
Уравнения (10) и (11) являются уравнениями электрической и механической цепей соответственно, где:


Индуктивность якорной цепи двигателя рассчитывается по формуле:

Гн


4.2 Составление единого уравнения двигателя.
Из уравнения (11) выделяется I и подставляется в уравнение (10), вследствие чего получаем:



В итоге получаем единое уравнение двигателя для двух инерционностей:


- электромагнитная постоянная времени.
4.3 Составление структурной схемы двигателя в двух вариантах.
Первый вариант структурной схемы:


Рис.9 Первый вариант структурной схемы
Положив момент сопротивления равным нулю:


Рис.10 Первый вариант структурной схемы двигателя в режиме холостого хода


Для данной структурной схемы возможно наблюдение за изменением скорости, но не за изменением тока.
Для возможности наблюдения за изменением тока и скорости одновременно необходимо в уравнениях (10) и (11) перейти к производной ЭДС двигателя по времени.
Так же как и в пункте 3.3 и получаем уравнение для составления второго варианта структурной схемы:




Рис.11 Второй вариант структурной схемы
Удалив обратную связь по ЭДС двигателя, получаем схему для исследования режима короткого замыкания:


Рис.12 Второй вариант структурной схемы в режиме короткого замыкания
4.4 Определение характера переходного процесса по постоянным двигателя.
- характеристический полином





Т.к. отрицательный дискриминант говорит о наличии комплексных корней, что, в свою очередь, свидетельствует о наличии колебательных процессов, то:

- условие колебательности
По полученным расчетам Тэ= 0,1468 и Тм= 0,256
То есть 0,0,1468 > 0,064, переходной процесс будет колебательным.


5. Выполнение моделирования динамических процессов для пунктов 3 и 4, при номинальном напряжении якоря и моменте нагрузки равном номинальному моменту двигателя (приведенном к валу двигателя).
С использованием структурной схемы на рис.5, подав на входы номинальные значения напряжения двигателя и момент сопротивления, получаем переходную характеристику для скорости двигателя в номинальном режиме работы:


Рис.13 Переходная характеристика в номинальном режиме
Результаты моделирования:

При Мс = 4,1652 ω = 293,06
Получаем переходную характеристику для скорости двигателя в режиме холостого хода, с использованием структурной схемы на рис.6



Рис.14 Переходная характеристика в режиме холостого хода
Результаты моделирования:

При Мс = 0 ω = 293,06

Подав на входы схемы, изображенной на рис. 7, номинальные значения момента сопротивления и напряжения питания, получаем переходную характеристику тока в номинальном режиме:



Рис.15 Переходная характеристика тока в номинальном режиме
Результаты моделирования:

При Мс = 4,1652 I = 5,85
Выполнив моделирование, структурной схемы на рис.8 определяем ток короткого замыкания:



Рис.16 Ток короткого замыкания
Результаты моделирования:

При Мс = 4,1652 I = 700


С использованием структурной схемы на рис.9, подав на входы номинальные значения напряжения двигателя и момент сопротивления, получаем переходную характеристику для скорости двигателя в номинальном режиме работы с учетом инерционности механической и электрической цепи двигателя.


Рис.17 Переходная характеристика в номинальном режиме
Результаты моделирования:

При Мс = 4,1652 ω = 293,06
Получаем переходную характеристику для скорости двигателя в режиме холостого хода, с использованием структурной схемы на рис.10



Рис.18 Переходная характеристика в режиме холостого хода
Результаты моделирования:

При Мс = 0 ω = 293,06
Подав на входы схемы, изображенной на рис. 11, номинальные значения момента сопротивления и напряжения питания, получаем переходную характеристику тока в номинальном режиме с учетом инерционности механической и электрической цепи двигателя:


Рис.19 Переходная характеристика тока в номинальном режиме
Результаты моделирования:

При Мс = 4,1652 I = 5,85
Выполнив моделирование, структурной схемы на рис.12 определяем ток короткого замыкания:



Рис.20 Ток короткого замыкания

Результаты моделирования:

При Мс = 8,976 I = 550
При сравнении расчетных значений тока и скорости с полученными результатами при моделировании оказалось, что расхождение в них незначительны и погрешность не превышает 0.01% от расчетных значений.

Вывод: В данной лабораторной работе была исследована одномассовая система с приводом постоянного тока. Были составлены уравнения для статического и динамического режимов работы двигателя. Из уравнений для статической работы были определены установившиеся значения скорости и тока, в номинальном режиме и в режиме холостого хода. Также был определен ток короткого замыкания двигателя. Было установлено, что при учете обеих инерционностей двигателя, переходные процессы будут иметь колебательный характер.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации