Файл: Лабраб №1 по ЭП.doc

Лабораторная работа №1 Исследование электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением Цель работы

Исследование механических характеристик и переходных процессов электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением посредством моделирования в среде MatLab (модель dpt20 из сборника моделей Компмод ППС).

Задание

1. Получить экспериментально (снять) кривые переходных процессов ω(t) и M(t) при пуске двигателя посредством подачи номинального напряжения на его якорь при номинальном возбуждении и моменте нагрузки M_с, равном номинальному моменту двигателя, используя модель двигателя, блок-схема которой приведена на рис. 1, причем:

ω – угловая скорость двигателя (1/с);

M – момент двигателя (Нм);

t – текущее время (с).

2. По полученным кривым определить время t_п.п переходного процесса, перерегулирование σ (если оно есть) и отношение M_max/M_н максимального пускового момента к номинальному.

3. Одновременно получить экспериментально (снять) кривые переходных процессов ω(t) и M(t) при переходе двигателя к работе на повышенной скорости вращения посредством ослабления потока возбуждения. По полученным кривым определить время переходного процесса при ослаблении потока возбуждения.

4. Установившиеся значения M и ω, полученные при снятии кривых переходных процессов, использовать для построения естественной механической характеристики двигателя и механической характеристики, соответствующей ослабленному потоку возбуждения. При этом скорость идеального холостого хода двигателя определять по формуле: ω₀=U_я/C.

5. Получить экспериментально (снять) кривые переходных процессов ω(t) и M(t) при пуске двигателя посредством подачи напряжения U_я=50В на его якорь при номинальном возбуждении и моменте нагрузки M_с, равном номинальному. Полученные кривые использовать для построения механической характеристики двигателя, соответствующей U_я=50В.

6. Посредством моделирования переходных процессов при номинальном возбуждении и моменте нагрузки M_с, равном номинальному, подобрать значение U_я, при котором получится M_max/M_ном=2.

---

Рис. 1. Моделирование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в среде MatLab

Исходные данные

Исходные данные по электродвигателю должны быть взяты из контрольной работы 1 по курсу электрического привода [3]. Благодаря этому часть указанной контрольной работы будет выполнена в порядке выполнения данной лабораторной работы. Эти данные, а также другие исходные данные, необходимые для выполнения лабораторной работы, приведены в табл. 1.

Для всех вариантов электродвигателя, приведенных в табл. 1, полагаем, что номинальное напряжение якоря равно U_ян=220 В.

Таблица 1. Исходные данные

Вариант	Ном. частота вращения nн, об/мин	Макс. частота вращения n0m, об/мин	Номинальный ток якоря Iян, А	Сопротивле-ние якорной цепи Rя, Ом	Индуктивность якорной цепи Lя, Гн	Момент инерции J, кгм2
0	750	1500	10	0,85	0,017	0.30
1	1000	3000	19	0,66	0,014	0,35
2	1000	3000	28	0,37	0,011	0,62
3	1000	3000	36	0,32	0,0091	1,3
4	1000	3000	50	0,20	0,0062	1,6
5	1000	3000	68	0,11	0,0031	2,4
6	1500	3500	68	0,11	0,0026	1,8
7	1500	3500	94	0,09	0,0022	2,1
8	1500	3500	113	0,07	0,0021	2,3
9	1500	3500	170	0,06	0,0019	2,8

---

Выбранный для выполнения вариант задания должен соответствовать последней цифре учебного шифра.

---

Методические указания

1. Электромеханические процессы в электроприводе постоянного тока при постоянном потоке возбуждения описываются следующей системой уравнений [1-2]:

(1)

Здесь:

u_в – напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения двигателя;

I_в – ток обмотки возбуждения;

R_в – активное сопротивление обмотки возбуждения;

L_в – индуктивность обмотки возбуждения;

U_я – напряжение на якоре двигателя;

E_я - противоЭДС якоря;

I_я – ток якоря;

С=кФ – машинная постоянная при неизменном потоке возбуждения Ф;

J – момент инерции электропривода.

Остальные обозначения, принятые в формулах (1), объяснены выше.

Если полагать магнитный поток Ф пропорциональным току возбуждения I_в, то после несложных преобразований придем к следующему уравнению цепи возбуждения двигателя:

(2)

Здесь:

U_вн – номинальное напряжение на обмотке возбуждения;

C_m – максимальное значение C, соответствующее u_в= U_вн и I_в= I_вн;

T_в = L_в/ R_в – постоянная времени обмотки возбуждения.

Следует выбирать T_в=(15÷20) T_я,

где T_я = L_я/ R_я = электромагнитная постоянная времени якоря.

Значение C_m можно рассчитать последующей формуле [1]:

C_m = (U_ян – I_янR_я) ⁄ ω_н , (3)

где ω_н=n_н/9,55 (1/с).

Затем следует определить величину скорости идеального холостого хода при C=C_m:

ω₀ = U_ян ⁄ C_m. (4)

Соответственно установившееся значение C при ослабленном потоке возбуждения, приводящем к увеличению угловой скорости идеального холостого хода (I_я=0) двигателя до значения ω_0m= n_0m/9,55, будет равно

---

C_осл = U_ян ⁄ ω_0m ,

а значение U_в, которое следует задать, чтобы добиться указанного ослабления потока возбуждения, должно быть равно

U_в.осл = C_осл ⁄ C_m . (5)

Перейдя к операторной форме записи, полагая , получим из уравнений (1) и (2) исходную для построения модели двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в средеMatLab систему уравнений:

(6)

Здесь – T_я = L_я/ R_я = электромагнитная постоянная времени якоря.

2. Блок-схема виртуальной лабораторной установки, предназначенной для исследования двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, приведена на рис. 1. Эта схема составлена в соответствии с системой уравнений (3).

На рис. 1 представлены:

• Звено задания напряжения U_в, подаваемого на обмотку возбуждения (в относительных единицах: U_в=1, когда ; u_в= U_вн).

• Инерционное звено Transfer Fcn, отображающее процесс нарастания тока в цепи возбуждения двигателя.

• Пропорциональное звено задания значения C_m, на выходе которого формируется текущее значение C.

• Звено задания напряжения якоря U_я.

• Сумматор Sum, в котором из напряжения U_я вычитается ЭДС якоря E_я=Cω.

• Инерционное звено Transfer Fcn1, отображающее процесс нарастания тока I_я в цепи якоря.

• Звено умножения Product, на выходе которого формируется значение момента двигателя M=CI_я.

• Звено, задающее момент сопротивления M_c.

• Сумматор Sum1, в котором из момента двигателя M (Moment) вычитается момент сопротивления M_c.

• Пропорциональное звено задания значения 1/J.

• Интегрирующее звено Integrator, формирующее значение угловой скорости двигателя ω, обозначенной на блок-схеме как Speed и Omega.

• блок Scope для наблюдения и измерения мгновенных значений угловой скорости ω (Speed) и момента двигателя M (Moment).

---