339

Исследование параметров двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Курсовая

Физика

Построение естественной (идеальной) механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением. Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря.

Русский

2012-12-07

364 KB

178 чел.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет радиотехники,

электроники и автоматики»

МИРЭА

Кафедра проблем управления

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Приводы роботов»

на тему

«Исследование параметров двигателя постоянного тока с независимым возбуждением»

Выполнил: студент гр. КС-52-08
Малей А.И.

Руководитель: доцент кафедры ПУ Цыпкин В. Н.

Москва, 2011

Оглавление

Задание

Цель

Параметры двигателя

Расчет значений параметров модели ДПТ

Построение естественной (идеальной) механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Динамические характеристики ДПТ.

Построение и исследование переходных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

Построение и исследование частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением

Построение Экспериментальной АЧХ

Полоса пропускания ДПТ

Источники


Задание

Исследовать статические режимы в двигателе постоянного тока с электромагнитным возбуждением.

Цель 

  •  Ознакомиться с виртуальной средой моделирования Workbench Multisim.
  •  Ознакомиться с методикой проведения виртуальных экспериментов.
  •  Провести ряд виртуальных экспериментов в среде Workbench Multisim по исследованию статических и динамических характеристик эл. двигателя 2ПН100LГУХЛ4

Объем расчетно-пояснительной записка (стр.)

16

Количество иллюстраций

10

Количество таблиц

9

Количество использованных источников

3


Параметры двигателя

Исследуемый двигатель 2ПН100LГУХЛ4 изображен на Рисунок 1:

Рисунок 1

2П – название серии. Машины постоянного тока;

Н – исполнение по способу защиты. Защищенное с самовентиляцией;

100 – высота оси вращения, мм;

L – условное обозначение длины сердечника якоря. Большая;

Г – наличие тахогенератора;

УХЛ4 – климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150-69;

Двигатели с высотами оси вращения 90 и 100 мм – двухполюсные;

Технические характеристики двигателя даны в Таблица 1

Таблица 1

№ вар.

Тип двигателя

Мощность   кВт

Напря-жение питания обмоток В

Частота вращения об/мин

КПД %

Сопротивления обмоток при 15°C                   Ом

Индук-тивность цепи якоря мГн

Момент инерции кг·м2

Номи-наль-ная

max

якоря

добав. полю-сов

воз-буж-дения

Обозначение →

Pн

Ua = Uf

nн

nmax

Rагл

Rадоб

Rf

La

J

Обозн-ие в Multisim →

Van=Vfn

NN

Rf

La

J

16

2ПН100LГУХЛ4

1,7

220

2200

4000

78

1,17

0,853

295

42

0,012


Расчет значений параметров модели ДПТ 

(на основе данных Таблица 1)

  •  Полное активное сопротивление цепи якоря при наличии добавочных полюсов.

 

  •  Индуктивность обмотки возбуждения можно принять приближенно равной индуктивности обмотки якоря

Гн.

  •  Номинальная частота вращения вала (угловая скорость в номинальном режиме)

  •  Номинальный момент на валу

  •  Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме

Вт.

  •  Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения в номинальном режиме

Вт.

  •  Мощность, потребляемая обмоткой якоря в номинальном режиме

Вт

  •  Статическое значение тока якоря в номинальном режиме

 A

  •  Статическое значение ЭДС обмотки якоря в номинальном режиме

В.

  •  Постоянный коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

В∙с/рад.

  •  Постоянный коэффициент электромагнитного момента двигателя при неизменном потоке полюса

Н∙м/А .

  •  Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме

Н∙м.

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

Н∙м.

  •  Коэффициент вязкого скоростного трения двигателя при допущении линейности момента трения во всем скоростном диапазоне работы ДПТ

Н∙м∙с2/рад.

  •  Значение пускового тока якоря при прямом пуске двигателя

А.

  •  Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске

Н∙м.

  •  Электромагнитная постоянная времени двигателя

с.

  •  Электромеханическая постоянная времени двигателя

с.

Занесем все рассчитанные данные в Таблица 2

Таблица 2

п/п

Наименование

параметра

Обозначение параметра

Значение

Размерность

стандарт

MultiSim

1

2

3

4

5

6

1.

Сопротивление обмотки якоря (цепи якоря)

Ra  (RaΣ)

Ra

2.023

Ом

2.

Индуктивность обмотки якоря

La

La

42

мГн

3.

Сопротивление обмотки возбуждения

Rf

Rf

295

Ом

4.

Индуктивность обмотки возбуждения

Lf

Lf

42

мГн

5.

Коэффициент вязкого скоростного трения

βf

Bf

2.5*10-3

Н∙м∙с/рад

6.

Момент инерции ротора двигателя

J

J

0,012

Н∙м∙с2/рад=кг∙м2

7.

Частота вращения ротора в номинальном режиме

nном.

NN

2200

об/мин

8.

Напряжение питания обмотки якоря (номинальное значение)

Uaном.

Van

220

В

9.

Ток в обмотке якоря в номинальном режиме (статическое значение)

Iaном.

Ian

9.16

А

10.

Напряжение питания обмотки возбуждения в номинальном режиме

Uf ном.

Vfn

220

В

11.

Момент статической нагрузки на валу двигателя

Mcн

Tl

0.58

Н∙м

12.

Угловая скорость в номинальном режиме

Ωном.

230.3

рад/с

13.

Коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

KE

0.87

В∙с/рад

14.

Коэффициент электромагнитного момента при неизменном потоке полюса

KM

0.87

Н∙м/А

15.

Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме.

Mэном.

7.96

Н∙м

16.

Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске с номинальным напряжением на обмотке якоря

Mп

94.6

Н∙м

17.

Электромагнитная постоянная времени двигателя

Te

20.76*10-3

С

18.

Электромеханическая постоянная времени двигателя

ТМ

0.027

С

Построение естественной (идеальной) механической характеристики ДПТ с независимым возбуждением

Рисунок 2

На Рисунок 2 изображена схема проведения виртуального эксперимента для исследования статических характеристик эл. двигателя.

Полученные результаты занесены в Таблица 3

Таблица 3

№ п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Mсн

Mт

Примечание

об/мин

Н∙м

А

В

Н∙м

Н∙м

2387

0.622

0.714

220

0

0,622

реальный хол.ход

2372

1.195

1.373

220

0.58

0,615

1383

40.154

46.155

220

40

0,154

12.569

94.117

108.180

220

94.6

-0,483

режим пуска


Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Установим  значение напряжения на якоре в значение:

Ua=0,6 Uaном =0.6*220=132В

Тогда:

Полученные результаты занесены в Таблица 4

Таблица 4

№ п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Mсн

Mт

Примечание

-

об/мин

Н∙м

А

В

Н∙м

Н∙м

-

1432

0.373

0.429

132

0

0.373

реальный хол.ход

1417

0,946

1.088

132

0.58

0,366

679

30,023

34.509

132

30

0.023

14.066

56,213

64.613

132

56.5

-0,287

режим пуска

Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря

Установим  значение напряжения на якоре в значение:

Uf=0,6 Uaном =0.6*220=132В

Полученные результаты занесены в Таблица 5

Таблица 5

№п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Uf

Mсн

Mт

Примечание

-

об/мин

Н∙м

А

В

В

Н∙м

Н∙м

-

3932

1.024

1.962

220

132

0

1.024

реальный хол.ход

3892

1,591

3.047

220

132

0.58

1,011

1865

30,331

58,106

220

132

30

0,331

38.622

56,220

107.7

220

132

56,5

0,280

режим пуска

По данным Таблица 3, Таблица 4, Таблица 5 построим графики механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. График изображен на Рисунок 3.

Рисунок 3

Графики совпадают с теоретическими знаниями.

Динамические характеристики ДПТ.

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).

Для построения переходных характеристик используется режим численного анализа Transient Analysis.

Рисунок 4

На Рисунок 4 изображена схема для проведения виртуальных экспериментов и построения переходных и частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением в режиме численного анализа.

Измерения проведенные при анализе переходных процессов занесены в Таблица 6

Таблица 6

t, c

0

0,03

0,07

0,13

0,20

0,25

tрас.=0.3

tраз.,с

Mэ, Н∙м

0

57,4

23,5

-4,14

0,453

0,97

0,644

0,622

0.132

n, об/мин

0

964

2336

2515

2370

2381

2387

2387

На Рисунок 5 изображен график переходного процесса для момента.

На Рисунок 6 изображен график переходного процесса для скорости.

Рисунок 5

Рисунок 6

Значение допустимой погрешности ±Δ% выбирается в диапазоне (3…5)% от установившейся величины. Выберем значение допустимой погрешности равным 5%. Тогда:

Δ n=2387*0,05=119

Тогда:

n лежит в диапазоне [2258;2506]

Рисунок 7

На Рисунок 7 изображена механическая характеристика двигателя.


Построение и исследование частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением.

Частотные характеристики двигателя показывают возможности отработки им синусоидального входного сигнала в диапазоне изменения частоты сигнала ω (или f ) от 0 до  ∞ в установившемся режиме.

В качестве воздействия в данной работе рассматривается напряжение ua(t), подаваемое на обмотку якоря. Реакциями являются частота вращения вала n(t) и развиваемый двигателем электромагнитный момент Mэ(t).

Выберем переменную составляющую сигнала ua(t) = 0,1ua = 22В

Рисунок 8

На Рисунок 8 изображены зависимости ua(t) – зеленым цветом в масштабе 200В/дел; n(t) – красным цветом в масштабе 1000 об/мин*дел.

В Таблица 7 указаны измерения временной характеристики n(t).

Таблица 7 

t, c

0,29

0,53

0,77

1,28

1,53

1,78

2,29

2,53

n, об/мин

2627

2387

2147

2627

2387

2147

2627

2387


Построение Экспериментальной АЧХ

В Таблица 8 занесены значения амплитуды переменной составляющей скорости вращения элю двигателя при различных частотах входного воздействия.

Таблица 8

f, Гц

1

10

20

30

40

50

60

70

nm, об/мин

236

94

23

10

6

3,7

2,6

1,9

 

На Рисунок 9 изображен график экспериментально снятой АЧХ исследуемого двигателя. Данные для построения взяты из Таблица 8. Таблица 8 заполнена в ходе виртуального эксперимента. Значения измерены с помощью осциллографа XSC1.

Рисунок 9

Данные Таблица 9 получены в ходе виртуального эксперимента в режиме AC Analysis.

Таблица 9

f, Гц

1

10

20

30

40

50

60

70

Примечания

nm

240

93

23

10

6

3,7

2,6

1,8

АЧХ

n*m

10,9

4,23

1,04

0,45

0,27

0,17

0,12

0,08

АЧХ

φn,град.

-11

-129

-156

-165

-169

-171

-172

-174

ФЧХ

Как видно, данные Таблица 8 и Таблица 9 совпадают. Графики, полученные в режиме AC Analysis изображены на Рисунок 10.

Рисунок 10

Полоса пропускания ДПТ

fнач.=0,1Гц

n*m (fнач.)=240/22=10.9

n*m(fгр.)=0,7* n*m(fнач.)=0,7*10,9=7,63 , отсюда найдем,что

 fгр=7 Гц

Δf =0…7 Гц


Источники

  1.  http://energo-vesta.com.ua/catalog/2-post2p/products/208-pf250mg.html
  2.  Справочник по электрическим машинам: В 2 т./ С74 Под общ. Ред. И. П. Копылова и Б. К. Клокова. Т. 1. - М.:Энергоатомиздат, 1988.
  3.  Кузовкин В. А., Филатов В. В.: «электромагнитные устройства и электрические машины», учебное пособие, ГОУ МГТУ «СТАНКИН», 2004г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49114. Диэлектрическая линзовая антенна 590 KB
  Краткие теоретические сведения Расчет параметров линзы Расчёт облучателя Расчет диаграммы направленности антенны Конструкция антенны Заключение Список используемой литературы Задание Краткие теоретические сведения Линзовая антенна состоит из электромагнитной линзы и облучателя. Назначение линзы трансформировать фронт волны создаваемый облучателем в плоский и сформировать требуемую диаграмму направленности ДН. Принцип работы линзовых антенн основан на...
49115. Волноводно-щелевая антенна (ВЩА) 315.5 KB
  Волноводно-щелевые линейные антенны обеспечивают сужение диаграммы направленности ДН в плоскости проходящей через ось волновода. Волноводно-щелевые антенны имеют следующие достоинства: отсутствие выступающих частей позволяет совместить их излучающую поверхность с внешней поверхностью корпуса летательного аппарата при этом не вносится дополнительное аэродинамическое сопротивление бортовая антенна; возможность реализации оптимальных ДН так как законы распределения поля в раскрыве различны изза изменения связи излучателей с...
49116. Проект электропривод для машины, состоящей из электродвигателя, клиноременной передачи и рабочего органа 1.04 MB
  Характерной особенностью работы механических КШМ является резко пиковый характер нагрузки поэтому в приводах этих машин необходимо исключительно увеличить маховой момент путем установления специального накопителя энергии маховика. В этом случае резисторы в роторной цепи электродвигателя выполняют одновременно две задачи: Дают возможность в зависимости от характера рабочей операции установить необходимое скольжение а следовательно и оптимальный режим работы системы маховикэлектродвигатель; Улучшают пусковые условия при первоначальном...
49117. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ 302 KB
  Схема исследуемого фильтра Для данного звена требуется: Найти передаточную функцию по напряжению Найденную передаточную функцию представить в виде отношения двух полиномов коэффициенты которых выражены через параметры элементов цепи в общем виде; ту же функцию записать с вычисленными значениями коэффициентов полиномов числителя и знаменателя; вычислить значение добротности полюса. Составим узловые уравнения: Подставив данные в выражение Hp получим передаточную функцию в численном виде: Заменив р на iw в операторной передаточной...
49118. Облачные вычисления, как относительно новые технологии 559 KB
  На сегодняшний день существует множество определений облачных вычислений. Поддержка облачных вычислений в сочетании с инвестициями в молодые компании создают быстро развивающуюся экосистему инновационных производств. Целью курсовой является анализ технологии реализации облачных вычислений в продуктах фирмы 1С.
49119. Программирование Sepam 20 443 KB
  В ходе выполнения лабораторной работы я ознакомилась и научилась программировать реле Sepam 20. Оно осуществляет защиту от всех основных типов аварийных режимов, имеет удобный интерфейс для программирования и ряд преимуществ перед старыми аппаратами.
49120. Изучение характеристик сигналов электроэнцефалографических, электромиографических, реографических и электрокардиографических исследований 1.04 MB
  В данной курсовой работе разработан алгоритм обработки и анализа биомедицинского сигнала. В пояснительной записке приведены основные характеристики исследуемого и образцового сигналов, их спектральный анализ, а так же фильтрация реального сигнала и его сжатие.
49121. Государственная регистрация, учет и оценка земель колхоза «Заветы Ленина» отделение 1 Котельничского района, Кировской области 2.44 MB
  Организация учета земель в землевладении землепользовании8 Первичный учет земель Текущий учет земель. Учет с обременениями в использовании Учет земель в административном районе с использованием компьютерных технологий.
49122. Методы локализации неисправностей на аппаратуре СВ и РМ 179.5 KB
  В данном варианте тракт прохождения сигнала включает следующие устройства: а ПОУ СВ; б ВчУ. б Вычислительное устройство ВчУ является основным операционным устройством СВ предназначенным для обработки цифровой и логической информации реагирования на сигналы прерывания внешних устройств и управления программами устройства обмена. ВчУ конструктивно состоит из двух блоков: двухъярусный блок ВчУ1; одноярусный блок ВчУ2. Тракт передачи сигнала в нашем случае включает следующие составные элементы ВчУ: Схема взаимодействия с ПОУ Сх...