Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Кафедра электротехники и электромеханики

Курсовая работа

по дисциплине: «Автоматизация в электромеханике»

«Расчет системы автоматического управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения»

Выполнил студент гр. ЭМ- 20-1б Шалабот С.С.
Проверил преподаватель Кавалеров Б.В.

Оценка

дата
Пермь 2023

Цель курсовой работы
Применить полученные на лекционных, практических и лабораторных занятиях, а также при выполнении самостоятельной подготовки и изучении дополнительной литературы знания, умения и навыки для расчета системы автоматического управления двигателем постоянного тока независимого возбуждения.
Задачи курсовой работы

1. 
   Получить математическую модель двигателя постоянного тока (ДПТ)
   

на основании его номинальных данных и паспортных параметров.

2. 
   Составить алгоритмическую структурную схему ДПТ.
   
3. 
   Получить передаточную функцию ДПТ по заданию и по возмущению.
   
4. 
   Получить математическую модель преобразователя.
   
5. 
   Рассчитать регулятор системы автоматического управления (САУ)
   

ДПТ.

6. 
   Проанализировать показатели качества синтезированной САУ ДПТ.
   
7. 
   Выполнить программную реализацию и получить переходные
   

процессы

---

в системе визуального моделирования Matlab/Simulink(лицензия

№ 568405).

8. 
   Проанализировать полученные результаты и сделать выводы.
   

Объект исследования
Система автоматического управления частотой вращения двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Предмет исследования
Математическая модель САУ частотой вращения ДПТ.

Номинальные данные и параметры двигателя 2ПН100МУХЛ4

Мощность – 3,6 кВт

Напряжение – 110 В

Номинальная частота вращения – 3150 об/мин

Максимальная частота вращения – 4000 об/мин

Коэффициент полезного действия – 78,5%

Сопротивление обмотки якоря при 15ᴼС – 0,084 Ом

Сопротивление обмотки добавочных полюсов при 15ᴼС – 0,089 Ом

Сопротивление обмотки возбуждения при 15ᴼС – 129 Ом

Индуктивность цепи якоря – 1 мГн

Момент инерции – 0,015 кг*м^2

Содержание курсовой работы

1. 
   Получение математической модели двигателя постоянного тока (ДПТ) на основании его номинальных данных и паспортных параметров.
   
   1. 
      Полное сопротивление якорной цепи:
      

(Ом) (1)

где R_a– сопротивление обмотки якоря, R_ДП – сопротивление добавочных полюсов, R_КО – сопротивление компенсационной обмотки.

2. 
   Нагретое сопротивление якорной цепи:
   

(Ом) (2)

где t_хол = 15^ºС, t_гор = 90^ºС.

3. 
   Электромагнитная постоянная времени:
   

= (с) (3)

1.4. Номинальный ток якоря двигателя:

(А) (4)

1.5. Угловая скорость якоря двигателя номинальная:

(рад/с) (5)

1.6. Коэффициент ЭДС двигателя:

(В·с) (6)

---

1.7. Угловая скорость якоря холостого хода:

(рад/с) (7)

1.8. Номинальный вращающий момент двигателя:

(Н·м) (8)

1.9. Ток короткого замыкания двигателя:

(А) (9)

1.10. Электромеханическая постоянная двигателя:

(с) (10)

1.11. Номинальная ЭДС двигателя:

(В) (11)

1.12. Момент короткого замыкания двигателя:

(Нм) (12)

1.13. Механическая характеристика двигателя:



Рисунок 1 – Механическая характеристика двигателя

2. 
   Составить алгоритмическую структурную схему ДПТ
   

1. 
   Алгоритмическая структурная схема ДПТ
   

Рисунок 2 – Структурная схема ДПТ

2. 
   Для того, чтобы иметь возможность явно измерять ток якоря, преобразуем эту структурную схему к преобразованному виду (рисунок 3).
   

Рисунок 3 – Структурная схема ДПТ

3. 
   Получение передаточной функции ДПТ по заданию и по возмущению. Сначала получить в общем виде, потом подставить конкретные численные значения.
   

1. 
   Передаточная функция ДПТ по заданию:
   

. (13)

Подставив значения параметров:

2. 
   Передаточная функция ДПТ по возмущению:
   

, (14)

Подставив значения параметров:

4. 
   Получение математической модели преобразователя.
   

---

Учитывая сильное влияние на тиристорный преобразователь (ТП) импульсных помех, на входе СИФУ устанавливают фильтр в виде апериодического звена с постоянной времени TФ = 0,003 – 0,005 с. В этом случае влияние дискретности и полууправляемости можно не учитывать.

Выпрямленная ЭДС тиристорного выпрямителя:

, (15)

где g = 1 – нулевая схема, g = 2 – мостовая схема, E₂ – действующее значение ЭДС вторичной обмотки.

E_d0 = 1,17 E₂ – для нулевой схемы, E_d0 = 2,34 E₂ – для мостовой схемы.

При моделировании параметры тиристорного преобразователя относят к эквивалентным параметрам системы ТП – ДПТ в виде суммы сопротивления якорной цепи двигателя и сопротивления ТП (рисунок 4):

, (16)

аналогично для индуктивностей:

, (17)



Рисунок 4 – Модель ДПТ и ТП

1. 
   Рассчитать эквивалентные параметры системы ТП – ДПТ по формуле (18).
   

(18)

где R_в – сопротивление открытых вентилей (принять: ), R_щ – сопротивление пары щеток (для угольно-графитовых принять падение напряжения на пару щеток ΔU_щ =2,0 В, тогда ), R_д, L_д – сопротивление и индуктивность дросселя, устанавливаемого для уменьшения пульсаций якорного тока при питании от тиристорных преобразователей, R_тр, L_тр – сопротивление и индуктивность трансформатора.

Принять R_тр = 0,254 Ом, L_тр = 0,00126 Гн ; R_д = 0,0068 Ом, L_д = 0,0015 Гн.

2. 
   Пересчитать по формулам (19 – 28) эквивалентные параметры электромеханической системы с учетом ТП.
   
   1. 
      Электромагнитная постоянная времени:
      

(с) (19)

2. 
   Номинальный ток якоря двигателя:
   

---

(А) (20)

3. 
   Угловая скорость якоря двигателя номинальная:
   

(рад/c) (21)

4. 
   Коэффициент ЭДС двигателя:
   

(В с) (22)

5. 
   Угловая скорость якоря холостого хода:
   

(рад/c) (23)

6. 
   Номинальный вращающий момент двигателя:
   

(Н м) (24)

7. 
   Ток короткого замыкания двигателя:
   

(А) (25)

8. 
   Электромеханическая постоянная двигателя:
   

(с) (26)

9. 
   Номинальная ЭДС двигателя:
   

(В) (27)

10. 
    Момент короткого замыкания двигателя:
    

(Н м) (28)

3. 
   Учесть момент инерции исполнительного механизма J_мех = 10 кг м², при номинальной частоте вращения исполнительного механизма n_мех = 150 об/мин.
   

(19)

где – приведенный момент инерции исполнительного механизма

( =10/21² , i =21 – передаточное число редуктора).

Рассчитать электромеханическую постоянную времени (10) с учетом .

4. 
   Постоянную времени ТП с учетом фильтрации принять равной: T_п = 0,005 с.
   

Поэтому ТП учесть приближенно апериодическим звеном с постоянной времени T_п и коэффициентом усиления k = 48:

(20)

5. 
   Аналогично (3.1) найти передаточные функции ДПТ с эквивалентными параметрами (с учетом параметров ТП) по заданию и по возмущению.
   

5. 
   Расчет регулятора одноконтурной системы автоматического управления (САУ) ДПТ.
   

---

Смотрите также файлы

• .docx

• Правила поведения в школе нельзя.docx

• Лабораторная работа по дисциплине (учебному курсу) Экология.docx

• Географическое положение и климат России.docx

• Контрольная работа 1 по дисциплине Английский язык Студентка 1 курса (группа 4245) Направление подготовки.docx