Построение и исследование переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

Стр 1 из 2Следующая ⇒

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский государственный технологический университет «СТАНКИН» (ФГБОУ ВО «МГТУ «СТАНКИН»)

Институт автоматизации и робототехники

Кафедра электротехники, электроники и автоматики Дисциплина «Электротехника и электроника»

ОТЧЁТ

по лабораторной работе на тему:

«Исследование динамических характеристик двигателя постоянного

Тока»

Выполнил:

студент группы АДБ-18-09

Маликов И.Т.

(дата) (подпись) (ФИО)

Принял

преподаватель:

Аверцев В.И.

(дата) (подпись) (ФИО)

Оценка: Дата:

Москва 2020

Цель работы: исследование динамических режимов в двигателе постоянного тока с электромагнитным возбуждением.

Паспортные данные двигателя:

Таблица 1

Тип двигателя

Мощ- ность

Напря- жение питания на обмотке

Частота вращения

КПД

Сопротивление обмотки при 15 C

Индукти вность якоря цепи

Момент инерции

Ном.

Макс.

якоря

Добав. полюсо в

Возбуж- дения

кВт

об/мин

Ом

мГн

кг ∙ м² Н ∙ м ∙ с² ( рад )

𝑃ном

𝑈𝑎ном

𝑛ном

𝑛𝑚𝑎𝑥

𝜂ном

𝑅𝑎

𝑅𝑎доб

𝑅𝑓

𝐿𝑎

𝐽

2ПН112Lухл4

5,3

220

3000

4000

0,242

0,195

96,3

3,5

0,018

Расчет значений параметров модели двигателя постоянного тока на основе данных таблицы 1 (с учетом поправки 𝐋𝐚 = 𝟑, 𝟓 мГн):

Полное активное сопротивление цепи якоря.

𝑅𝑎∑ = 𝑅𝑎 + 𝑅𝑎 доб. = 0,242 + 0,195 = 0,437 [Ом].

Номинальная частота вращения вала.

Ω = 𝜋 ∙ 𝑛ном = 3,1415 ∗ 3000 = 314,16 [рад].

^ном 30 30 с

Номинальный момент на валу.

М2ном = M𝐶𝐻 =

𝑃ном ∙ 103 Ωном

5,3 ∙ 10³

= = 16,87 [Н ∙ м].

314,16

Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме.

𝑃1ном =

𝑃ном ∙ 103

𝜂

5,3 ∙ 10³

= 6625 [Вт].

0,8

Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения в номинальном режиме.

𝑃𝑓ном

𝑈2

= 𝑓ном =

𝑅𝑓

220²

96,3

= 502,6 [Вт].

Мощность, потребляемая обмоткой якоря в номинальном режиме.

𝑃𝑎ном = 𝑃1ном − 𝑃𝑓ном = 6625 − 502,6 = 6122,4 [Вт].

Статическое значение тока якоря в номинальном режиме.

𝐼𝑎ном

𝑃𝑎ном

𝑈𝑎ном

6122,4

= = 27,83 [𝐴].

220

Статическое значение ЭДС обмотки якоря в номинальном режиме.

𝐸ном = 𝑈𝑎ном − 𝑅𝑎 ∑ ∙ 𝐼𝑎ном = 220 − 0437 · 27,83 = 207,84 [В].

Постоянный коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса.

𝐾 = 𝐸ном = 207,84 = 0,6616 [В ∙ с].

𝐸 Ωном

314,16

рад

Постоянный коэффициент электромагнитного момента двигателя при неизменном потоке полюса.

𝐾𝑀 = 𝐾𝐸 = 0,6616 [

Н ∙ м

Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме.

Мэ ном = 𝐾𝑀 ∙ 𝐼𝑎ном = 0,6616 · 27,83 = 18,41 [Н ∙ м].

Собственный статический момент сопротивления (момент трения двигателя) в номинальном режиме.

𝑀𝑇ном = Мэ ном − М2ном = 18,41 − 16,87 = 1,54 [Н ∙ м].

Коэффициент вязкого скоростного трения двигателя при допущении линейности момента трения во всем скоростном диапазоне работы двигателя постоянного тока.

𝑀𝑇ном 1,54

𝛽 = =

Н ∙ м ∙ с

= 0,004902 [ ].

𝑓 Ωном

314,16

рад

Значение пускового тока якоря при прямом пуске двигателя.

𝑈𝑎ном 220

𝐼 = =

= 503,432 [А].

𝑎п

𝑅𝑎∑

0,437

Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске.

Мп = 𝐾𝑀 ∙ 𝐼𝑎п = 0,6616 · 503,432 = 333,1 [Н ∙ м].

Индуктивность обмотки возбуждения можно принять приближенно равной индуктивности обмотки якоря.

𝐿𝑓 ≈ 𝐿𝑎 = 3,5 [мГн].

Электромагнитная постоянная времени двигателя.

𝑇э

𝐿𝑎

𝑅𝑎∑

0,0035

= = 0,008 [𝑐].

0,437

Электромеханическая постоянная времени двигателя.

𝑇𝑀

𝐽 ∙ 𝑅𝑎∑

𝐾𝐸 ∙ 𝐾𝑀

0,018 · 0,437

0,6616 · 0,6616

= 0,0179 [𝑐].

Найдем корень характеристического уравнения для определения типа переходного процесса.

𝑇𝑀 𝑇Э𝑝² + 𝑇𝑀 𝑝 + 1 = 0

Электромагнитная постоянная времени:

𝐿я

𝑅

ТЭ =

𝑎∑

0,0035

= = 0,008 [с] 0,437

Электромеханическая постоянная времени:

Т𝑀 =

𝑅𝑎∑ · 𝐽

𝐾2 =

0,437 · 0,018

0.66162 = 17,97 [мс]

Решаем как обычное квадратное уравнение:

𝑃1,2 =

(−𝑇м ± √𝑇² − 4𝑇э𝑇м) 2𝑇 𝑇

= −62,5 ± 55,225𝑗

> м

Мы получили два сопряженных комплексных корня. В этом случае у нас будет колебательный переходный процесс с угловой частотой собственных колебаний, равной:

т.е. периодом

2𝜋

𝑇 =

𝛽

𝛽 = 2𝜋𝑓 [

2 · 3,14

55,225

рад

= 0,1137 [с]

Построение и исследование переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

В качестве переходных характеристик в работе рассматриваются реакции двигателя на ступенчатое воздействие заданного уровня. В этом случае используется включение ДПТ на постоянные напряжения на обмотках якоря и возбуждения. Исследуемыми реакциями являются частота вращения вала 𝑛(𝑡) и электромагнитный момент 𝑀э(𝑡).

Сформируем схему для проведения численного анализа и виртуальных экспериментов:

Рис.1. Схема для проведения виртуальных экспериментов и построения переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением в режиме численного анализа

Проводим виртуальный эксперимент определения установившихся значений 𝑛(∞) и 𝑀э(∞) для соответствующих переходных характеристик. Для этого запускаем модель переключателем, затем фиксируем показания вольтметров U5 и U3, которые показывают значения 𝑛(∞) и 𝑀э(∞) соответственно. Эти данные заносим в таблицу 1 для 𝑡 = ∞. Независимые начальные условия 𝑛(𝑡₀) и 𝑀(𝑡₀) являются нулевыми и заносятся в графы таблицы 1 для 𝑡₀ = 0. Остальные точки переходных характеристик 𝑛(𝑡) и 𝑀э(𝑡) определяются в режиме численного анализа 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑖𝑒𝑛𝑡 𝐴𝑛𝑎𝑙𝑦𝑠𝑖𝑠. Масштаб изображения момента равен 10.

Таблица 2 Переходные характеристики ДПТ с независимым возбуждением

𝑡, с	0.0058	0.0112	0.0215	0.0421	0.0654	t(рас.)=0.1432	∞
𝑀э, Н · м	166.1	216.4	182.2	36.211	-4.134	1.7183	1.622
𝑛, об/мин	295.2	833.2	1997	3151	3234	3159	3160

Рис.2. Графики переходных характеристик 𝒏(𝒕) и 𝑴э(𝒕)

Вывод.

В данном эксперименте при исследовании переходных характеристик мы рассматривали режим прямого пуска электродвигателя постоянного тока при отсутствии момента нагрузки на валу двигателя. Из полученных данных видно, что сразу после пуска двигателя резко увеличивается электромагнитный момент. Из-за этого в большинстве своем двигатели постоянного тока не допускают прямого пуска. Данный двигатель является апериодическим звеном второго порядка. Это видно по зависимости частоты вращения от времени. При этом зависимость электромагнитного момента двигателя от времени имеет недопустимое

перерегулирование на начальном участке пуска, составляя 219 Н·м при номинальном значении, равном 1.622 Н·м, превышая его больше, чем в 100 раз. Длительность переходного процесса составляет около 143 мс.

Дата добавления: 2022-12-03; просмотров: 107; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!