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

173 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

27356. Проблема готовности ребенка к обучению в школе 18.85 KB
  Проблема готовности ребенка к обучению в школе. Готовности ребенка к обучению в школе желания учиться умения общаться со сверстниками и взрослыми способности решать сложные задачи стремления к достижениям самостоятельности и ответственности. Под психологической готовностью к школьному обучению понимается необходимый и достаточный уровень психологического развития ребенка для усвоения школьной программы при определенных условиях обучения. Основные компоненты готовности ребенка к школе.
27357. Учебная деятельность как ведущая в младшем школьном возрасте 23.74 KB
  Давыдова учебная деятельность один из видов деятельности школьников и студентов направленный на усвоение ими посредством диалогов и дискуссий теоретических знаний и связанных с ними умений и навыков в таких сферах общественного сознания как наука искусство нравственность право и религия. Концепция учебной деятельности является в психологии одним из подходов к процессу учения реализующим положение об общественноисторической обусловленности психического развития. Она сложилась на базе основополагающего диалектикоматериалистического...
27358. Формирование учебной мотивации у младших школьников 22.96 KB
  Учебная мотивация определяется как частный вид мотивации включенный в определенную деятельность в данном случае деятельность учения учебную деятельность. Матюхина выделяет две основные группы мотивов: Мотивы заложенные в самой учебной деятельности: Мотивы связанные с содержанием учения: ученика побуждает учиться стремление узнать новые факты овладеть знаниями способами действий проникнуть в суть явлений и т. Мотивы связанные с самим процессом учения: ученика побуждает учиться стремление проявлять интеллектуальную активность...
27359. Концепции развивающего обучения 18.79 KB
  Основы теории развивающего обучения были заложены Л. Занкова было предпринято масштабное экспериментальное исследование по изучению объективных закономерностей и принципов обучения. Усилия исследователей были направлены на разработку дидактической системы обучения младших школьников имеющей целью их общее психическое развитие.
27360. Психологические основы проблемного обучения 21.31 KB
  История проблемного обучения начинается с введения так называемого исследовательского метода многие правила которого были разработаны Джоном Дьюи. В XX столетии идеи проблемного обучения получили интенсивное развитие и распространение в образовательной практике. В зарубежной педагогике концепция проблемного обучения развивалась под влиянием идей Дж.
27361. Исследовательское обучение в начальной школе 24.68 KB
  Главная особенность исследовательского обучения – активизировать учебную работу детей придав ей исследовательский творческий характер и таким образом передать учащимся инициативу в организации своей познавательной деятельности. Если задачи исследовательского обучения свести к поощрению учащегося проявлять природную любознательность задавать вопросы и стараться самостоятельно находить на них ответы то оказывается что мы отстаиваем лишь то о чем давно говорили и что даже осуществляли на практике многие талантливые педагоги прошлого....
27362. Эмоции и чувства 21.82 KB
  С поступлением в школу максимум эмоциональных реакций приходится не столько на игру и общение сколько на процесс и результат учебной деятельности удовлетворение потребностей в оценке и добром отношении окружающих.Воля обнаруживает себя в умении совершать действия или сдерживать их преодолевая внешние или внутренние препятствия в формировании дополнительных мотивовстимулов к слабомотивированной деятельности.Волевое действие школьника развивается в том случае если: цели которых он должен достигнуть в деятельности им поняты и осознаны;...
27363. Личность в психологии. Характер человека 25.5 KB
  Индивидуальность проявляется в чертах темперамента характера привычках преобладающих интересах в качествах познавательных процессов восприятия памяти мышления воображения в способностях индивидуальном стиле деятельности и т. Характер – это совокупность устойчивых индивидуальных особенностей личности складывающаяся и проявляющаяся в деятельности и общении обусловливая типичные для индивида способы поведения. Экстровертный тип – эмоциональная взвинченность жажда общения и деятельности зачастую безотносительно к ее необходимости и...
27364. Самосознание в психической деятельности человека 25.89 KB
  Самосознание в психической деятельности человека выступает как сложный процесс опосредованного познания себя развернутый во времени связанный с движением от единичных ситуативных образов через интеграцию подобных ситуативных образов в целостное образование понятие собственного Я. Во всех видах деятельности и поведения эти отношения следуют за отношением к ситуации предмету и средствам деятельности к другим людям. Они наиболее тесно связаны с целями жизни и деятельности ценностными ориентациями установками; выполняя функцию...