741

Исследование параметров и характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Курсовая

Физика

Построение статических характеристик двигателя постоянного тока. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Методика расчета параметров модели двигателя. Результаты исследования искусственной механической характеристики при пониженном напряжении на обмотке якоря. Частотная характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Русский

2013-01-06

337.5 KB

63 чел.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Московский государственный технический университет

радиотехники, электроники и автоматики"

МГТУ МИРЭА

Кафедра проблем управления

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

«Приводы роботов»

на тему

«Исследование параметров и характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением»

Выполнил:

Студент группы КС-52-08 Липанов С. И.

Преподаватель:

Доцент кафедры Проблемы Управления

Цыпкин В. Н.

Москва, МИРЭА 2011 г.

  1.  Построение статических характеристик двигателя постоянного тока

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

Объект исследования:

Серийно выпускаемый двигатель постоянного тока с независимым возбуждением типа 2ПН100МГУХЛ4.

2П – название серии, машина постоянного тока.

Н - защищенное с самовентиляцией.

Г-тахогенератор.

100 мм – высота оси вращения, двухполюсный.

М – условное обозначение средней длины сердечника якоря, М – средняя.

Справочные данные на двигатель [1] приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1. Технические данные исследуемого двигателя.

Тип двигателя

Мощ-

ность

Напря-

жение питания на обм. якоря

Частота вращения

КПД

Сопротивление обмотки при 150С

Индукт.

цепи

якоря

Момент

инерции

номин.

макс.

якоря

добав.

полюсов

возбуждения

кВт

В

об/мин.

%

Ом

Гн

кг∙м2

(Н∙м∙с2/рад)

Pном.

Uaном. 

nном.

nmax

ηном.

Rа

Raдоб..

Rf

La

J

2ПН100МУХЛ4

1,2

110

2120

4000

75

0,436

0,355

103

14

0,011

Таблица 2. Основные размеры двигателя.

b10

d10

d20

d30

l10

l30

масса

160mm

22mm

130mm

220mm

140mm

414mm

36кг

Метод исследования:

Исследование проводится виртуально в программной среде Multisim 11, по методике, разработанной на кафедре электротехники, электроники и автоматики ФГБОУ ВПО МГТУ “СТАНКИН”. Основные положения методики приведены в [2].


1. Исследование механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

1.1 Схема виртуального эксперимента.    

Рис. 1. Схема виртуального эксперимента для построения идеальных механических характеристик ДПТ с независимым возбуждением.

1.2. Методика расчета параметров модели двигателя.

- Полное активное сопротивление цепи якоря при наличии добавочных полюсов.

 

Если машина выполнена без добавочных полюсов, то .

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

- Номинальный момент на валу

- Мощность, потребляемая двигателем из сети в номинальном режиме

Вт.

Значение ηном берется в долевых единицах.

- Мощность, потребляемая обмоткой возбуждения в номинальном режиме

Вт.

Значение  напряжения на обмотке возбуждения  в номинальном режиме задается преподавателем. Двигатели серии 2П изготавливаются с независимым возбуждением.  Напряжение возбуждения 110 или 220 В независимо от номинального напряжения на обмотке якоря.

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 ДТП

Н∙м∙с/рад.

- Значение пускового тока якоря при прямом пуске двигателя

А.

- Пусковой электромагнитный момент двигателя при прямом пуске

Н∙м.

- Индуктивность обмотки возбуждения можно принять приближенно равной индуктивности обмотки якоря

мГн.

- Электромагнитная постоянная времени двигателя

с.

- Электромеханическая постоянная времени двигателя

с.

1.3. Результаты расчета параметров.

Таблица 3. Параметры модели исследуемого двигателя.

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

0,791

Ом

2.

Индуктивность обмотки якоря

La

La

14

мГн

3.

Сопротивление обмотки возбуждения

Rf

Rf

103

Ом

4.

Индуктивность обмотки возбуждения

Lf

Lf

14

мГн

5.

Коэффициент вязкого скоростного трения

βf

Bf

0,004799

Н∙м∙с/рад

6.

Момент инерции ротора двигателя

J

J

0,011

Н∙м∙с2/рад=кг∙м2

7.

Частота вращения ротора в номинальном режиме

nном.

NN

2120

об/мин

8.

Напряжение питания обмотки якоря (номинальное значение)

Uaном.

Van

110

В

9.

Ток в обмотке якоря в номинальном режиме (статическое значение)

Iaном.

Ian

14.477

А

10.

Напряжение питания обмотки возбуждения в номинальном режиме

Uf ном.

Vfn

110

В

11.

Момент статической нагрузки на валу двигателя

Mcн

Tl

0

Н∙м

12.

Угловая скорость в номинальном режиме

Ωном.

221,9

рад/с

13.

Коэффициент ЭДС двигателя при неизменном потоке полюса

KE

0,44389

В∙с/рад

14.

Коэффициент электромагнитного момента при неизменном потоке полюса

KM

0,44389

Н∙м/А

15.

Электромагнитный момент двигателя в номинальном режиме.

Mэном.

6,4262

Н∙м

16.

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

Mп

61.2

Н∙м

17.

Электромагнитная постоянная времени двигателя

Te

0,017

с

18.

Электромеханическая постоянная времени двигателя

ТМ

0,04415

с

1.4. Результаты исследования естественной механической характеристики.

Таблица 4. Естественная (идеальная) механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением.

№ п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Mсн

Mт

Примечание

об/мин

Н∙м

А

В

Н∙м

Н∙м

1

2322

1,167

2,628

110

0

1,167

реальный хол. ход

2

2119

6,464

14,563

110

5,4

1,064

3

1193

30,599

68,934

110

30

0,599

4

19.966

61,208

137,891

110

61,2

0,008

режим пуска

1.5. Результаты исследования искусственной механической характеристики при пониженном напряжении на обмотке якоря.

Таблица 5. Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном напряжении на обмотке якоря.

№ п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Mсн

Mт

Примечание

-

об/мин

Н∙м

А

В

Н∙м

Н∙м

-

1

1625

0,817

1,840

77

0

0,817

реальный хол. ход

2

1422

6,114

13,775

77

5,4

0,714

3

496.873

30,249

68,145

77

30

0,249

4

0,042

43,209

97,343

77

43,2105

-0,0015

режим пуска

 Мп=43, 2105

1.6. Результаты исследования искусственной механической характеристики при пониженном значении магнитного потока возбуждения.

Таблица 6. Искусственная механическая характеристика ДПТ с независимым возбуждением при пониженном значении магнитного потока возбуждения и Ua=Ua ном.

№ п/п

n

Mэ

Ia

Ua

Uf

Mсн

Mт

Примечание

-

об/мин

Н∙м

А

В

В

Н∙м

Н∙м

-

1

3253

1,635

5,261

110

77

0

1,635

реальный хол.ход

2

2846

6,830

21,982

110

77

5,4

1,43

3

994.463

30,499

98,155

110

77

30

0,499

4

0.085

43,209

139,061

110

77

43,2105

-0,0015

режим пуска

Н∙м. Мп=43,2105

KM(пониж)= KM* Uf / Ua, KM(пониж)= 0,310723

Рис. 2. Семейство механических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

  1.  ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

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).

2.1. Схема виртуального эксперимента.

Рис. 3. Схема для проведения виртуальных экспериментов и построения переходных и частотных характеристик ДПТ с независимым возбуждением в режиме численного анализа.

2.2. Переходные характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Рис. 4. Зависимость скорости вращения ротора от времени.

Время разгона 250 мс.

Рис. 5. Зависимость крутящего момента от  времени.

2.3. Результаты исследования переходных характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Таблица 7. Переходные характеристики ДПТ с независимым возбуждением

t, c

0

0.0015

0.003

0.0054

0.0069

0.0085

0.02

tрас.=0.45

tраз.,с

Mэ, Н∙м

0

5.102

9.782

16.012

19.706

23.009

38.85

37.23

1.167

0.135

n, об/мин

0

3.666

13.8

40

64

93

417

1277

2321

2.4. Построение переходной характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

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).

2.5. Частотная характеристика двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Рис. 6. Зависимость n от Ua, частота f перестройки Ua равна 1Гц.

2.6. Результаты исследования частотной характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Таблица 8. Временная зависимость n(t).

t, c

0.3

0.5

0.8

1.0

1.3

1.5

1.8

2.0

n, об/мин

2551

2339

2092

2286

2552

2354

2092

2292

Таблица 9. Экспериментальная АЧХ двигателя.

f, Гц

1

3

5

10

15

20

30

50

100

nm, об/мин

230.5

207

168

61

32

18

8

3

0.75

Рис. 8. График экспериментальной АЧХ двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

  1.  Результаты численного анализа: АЧХ и ФЧХ для выходной переменной частоты вращения ротора.

f, Гц

1

3

5

10

15

20

30

100

Примечания

nm

230.4

211.12

166.64

67.45

31.97

18.55

8.3

0.7

АЧХ

n*m

20.95

19.19

15.15

6.13

2.9

1.68

0.75

0.06

АЧХ

φn,град.

-15.8

-48.8

-79.9

-126.5

-144.8

-153.8

-162.6

-174.8

ФЧХ

Um=11

Рис. 9.  АЧХ двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Рис. 10. ФЧХ двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

2.9. Построение графиков АЧХ и ФЧХ двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

n*m (fнач.). = 20.95 об/мин;

n*m(fгр.)=0,707 n*m(fнач.);  fгр = 22.6 Гц;


ВЫВОД.

В ходе курсовой работы был исследован  двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Были сняты механические характеристики, переходные характеристики и частотные характеристики конкретного двигателя, так же были проведены соответствующие вычисления.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

[1] Копылов И.П. (ред) «Справочник по электрическим машинам. Том 1»

— М.: Энергоатомиздат 1988 г.

[2] Кузовкин В. А., Филатов В. В. «Электромагнитные устройства и электрические машины.» Москва 2004 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38922. МЕТАДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ СИСТЕМАМ, ИСПОЛЬЗУЕМЫМ В ПРОЕКТИРОВАНИИ 5.29 MB
  Расчёт элементов каменных и армокаменных конструкций по подпрограмме КАМИН SCD Office 11. Анализ результатов армирования бетонных элементов и конструкций по программе АРБАТ SCD Office 11. Расчёт элементов деревянных конструкций по подпрограмме ДЕКОР SCD Office 11. Расчёт элементов оснований и фундаментов по программе ЗАПРОС SCD Office 11.
38923. Автоматизированные системы, используемые в лабораторном проектировании 6.9 MB
  После этого щелкните по кнопке – Подтвердить. После этого щёлкните по кнопке – Применить. Щелкните по кнопке Сохранить. Щелкните по кнопке – Перерисовать.
38924. Измерение параметров оптического изображения 202.44 KB
  Таким образом в процессе вывода зарядов из ФЭП осуществляется второй этап преобразования: где – емкость выходной структуры ТВД.9 можно записать в виде Здесь в явной форме представлено соотношение между амплитудой сигнала от объекта и освещенностью создаваемой объектом на входе ФЭП. Амплитуда видеосигнала ; ток сигнала на выходе ФЭП; нагрузочное сопротивление коэффициент усиления видеоусилителя. Для описания свойств ФЭП как преобразователя световой энергии в энергию электрического...
38925. Основные алгоритмы телевизионных измерений 167 KB
  Алгоритмы предназначены для измерения геометрических энергетических и цветовых параметров протяженного объекта находящегося в поле зрения ТВД. Употребляемый по отношению к алгоритмам термин внутрикадровые означает чтo измерение параметра объекта выполняется на основе информации сосредоточенной в одном телевизионном кадре. Результат однократного измерения характеризует состояние объекта в момент съемки текущего кадра. Пересчет цифрового параметра объекта в его значение выраженное в соответствующих единицах измерения производится по...
38926. Межкадровая фильтрация и измерение динамических параметров 56 KB
  Кроме того изменения параметров динамического объекта за время Тк невелики опять же не всегда а в подавляющем большинстве случаев. применение к последним межкадрового усредения приведёт скорее всего к нежелательным последствиям например размазыванию изображения движущегося объекта. Но обычно перед ТВсистемами стоит задача измерения динамических параметров в частности непрерывный контроль за текущим состоянием объекта которые не могут быть определены однократным измерением. Так например скорость объекта где – положения...
38927. Представление и преобразование цифровых сигналов в телевизионных измерительных системах 31.5 KB
  Оцифровка представление объекта изображения или сигнала в дискретном наборе цифровых замеров. Для решения задач машинной графики обработки и распознавания изображений используются следующие этапы преобразования изображения: Предварительная обработка – операции восстановления фильтрации улучшения визуального восприятия изображения. Формирование графического препарата – обработка с целью вычленения характерных особенностей изображениясегментация выделение контуров скелетизация Анализ – выявление характерных особенностей...
38928. Простой пороговый метод нелинейной фильтрации импульсных помех 51.5 KB
  Сигнал от каждого из элементов массива анализируемого изображения сравнивается со средним значением сигнала для небольшой группы mxn в окрестностях данного элемента Здесь m и n – нечётные числа. Анизотропная фильтрация Анизотропная фильтрация относится к категории линейных процедур цифровой обработки массива [Eij ]. Он заключается выполнении операции свёртки исходного массива изображения формата M×N со скользящим сглаживающим массивом [W] меньшего формата m×n ядро свёртки. А поскольку в АТСН работающих в реальном масштабе времени...
38929. Цифровое представление изображения в виде матрицы отсчетов. Преимущество цифрового кодирования видеосигнала 66 KB
  Цифровое представление изображения в виде матрицы отсчетов. Это позволяет пронумеровать отсчеты цифрового видеосигнала в соответствии с позиционным положением элемента изображения в телевизионном растре и nti = ni j где i номер элемента в строке; j номер строки. Фактически номера i j являются цифровыми координатами элемента изображения которые в случае линейных разверток связаны с временными и геометрическими координатами соотношениями где j порядковый номер строки в которой находится элемент изображения; tx интервал...
38930. Линейные цифровые фильтры и их характеристики 47 KB
  Под термином цифровая фильтрация обычно понимают локальную цифровую обработку сигнала скользящим окном или аппертурой. Для каждого положения окна за исключением возможно небольшого числа крайних точек выборки выполняются однотипные действия которые определяют так называемый отклик или выход фильтра. Если действия определяющие отклик фильтра не изменяются в процессе перемещения по выборке сигнала то соответствующий фильтр называется стационарным. Различают линейную и нелинейную цифровую фильтрацию.