Моделирование электротехнических устройств и систем (стр. 5 )

1. Конструкция и принцип работы трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.

2. Схема замещения трехфазной асинхронной машины и расчет ее параметров.

3. Математическая модель трехфазной асинхронной машины и способы математического исследования.

4. Расчет асинхронного двигателя в неподвижной и вращающейся системе координат.

5. Механические и рабочие характеристики трехфазной асинхронной машины в различных режимах работы.

6. Регулирование скорости вращения ротора трехфазной асинхронной машины.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы. Исследование машины постоянного тока при работе в двигательном и генераторном режимах.

Содержание работы. Работа включает в себя исследование машин постоянного тока с независимым возбуждением.

В ходе исследования машины постоянного тока проводятся следующие расчеты:

· снятие механической и расчет рабочих режимов машины в двигательном и генераторном режимах работы;

· снятие механических характеристик при различных напряжениях питания в цепи якоря;

· снятие механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря;

· снятие механических характеристик при различной величине потока возбуждения.

Принцип действия машин постоянного тока основан на взаимодействии внешнего магнитного поля с током якоря, по способу включения обмотки возбуждения для создания внешнего магнитного потока машины постоянного тока классифицируются на машины с независимым, параллельным и последовательным возбуждением. Варианты схем включения обмотки возбуждения по отношению к якорной обмотке приведены на рис. 4.1

Расчет машины постоянного тока независимого возбуждения проведем для машины 2ПН-1.0 имеющая следующие электромеханические параметры (табл. 4.1):

Таблица 4.1

Тип двигателя	[кВт]	, [В]	, [об/мин]	, [%]	, [Ом]	, [Ом]	, [мГн]
2ПН-1.0	1	220	3000	72.5	2.52	92	48

Порядок проведения лабораторной работы.

Для машины с независимым возбуждением параметры состояния машины и параметры обмоток определяются по следующим выражениям:

.

В установившемся режиме индуктивность обмотки возбуждения может быть принята равной нулю. При исследовании динамических процессов значение для машин обычного исполнения выбирается из неравенства:

.

Момент инерции для двигателей постоянного тока независимого возбуждения может быть определен по выражению:

Момент сухого трения и коэффициент вязкого трения могут быть рассчитаны по формулам:

, .

Для машины постоянного тока запишем уравнения состояния обмоток возбуждения и якоря

,

при определенных уравнениях связи

и уравнения динамики общая математическая модель машины в операторной форме записи примет вид:

Для исследования механической характеристики машины постоянного тока составим структурную схему и выполним ее расчет в программе
MatLab/Simulink (рис. 4.2).

Модель (рис. 3.39) имеет два задающих сигнала: - управление по цепи возбуждения и - управление по цепи якоря. Нагрузка задается блоком Step2 в относительных единицах. Блок Transfer Fcn моделирует цепь возбуждения (постоянная времени 0.5 с), а блок Transfer Fcn1 моделирует цепь якоря (постоянная времени 0.02). Управление по цепи возбуждения подается раньше для того, чтобы к моменту подачи управляющего сигнала по цепи якоря и нагрузки поток в машине уже установился.

Результаты моделирования двигателя постоянного тока с независимым возбуждением представлены на рис. 4.3.

Имитационное моделирование машины постоянного тока проводится с использованием библиотеки SimPowerSystems пакетного расширения Simulink. Данная имитационная модель приведена на рис. 4.4.

В состав модели входят следующие блоки:

· источники постоянного напряжения для питания обмотки возбуждения и якорной обмотки – DC Voltage Source из библиотеки
SimPowerSystems\Electrical Sources;

· машина постоянного тока DC Machine из библиотеки
SimPowerSystems\Machines;

· блок Constant для задания нагрузки на валу двигателя из библиотеки Simulink\Sources;

· приборы для измерения переменных состояний машины.

В полях настройки задаются:

· параметры обмотки якоря - [Ом], [Гн];

· параметры обмотки возбуждения - [Ом], [Гн];

· взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и обмоткой якоря - [Гн];

· суммарный момент инерции машины и нагрузки – J [];

· коэффициент вязкого трения - [Нмс];

· коэффициент сухого трения - [Нмс];

· начальная скорость [рад/c].

Выход блока DC Machine предназначен для измерения и наблюдения переменных состояний машины в следующей последовательности: угловая скорость [рад/c], ток якоря [А], ток возбуждения [А], электромагнитный момент развиваемый двигателем [Нм].

Для снятия механической характеристики и расчета рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы в окне настройки блока Constant последовательно задаются значения момента от с шагом . Для каждого значения выполняется запуск модели. Результаты моделирования представлены табл. 4.2.

Таблица 4.2

Задание	Измерения	Расчет
M [Нм]	, [рад/c]	, [А]	, [А]	, [Вт]	, [Вт]	, [%]

Расчетные значения , .

Коэффициент полезного действия для машины постоянного тока работающего в двигательном режиме рассчитывается по формуле , а в генераторном режиме – .

Снятие механических характеристик при различных напряжениях питания проводятся для двух значений напряжения на якоре и , где - номинальное напряжение на якорной обмотке. Нагрузка на валу машины меняется в диапазоне с шагом . Расчет выполняется для каждого значения напряжения на якоре и момента. Результаты моделирования представлены табл. 4.3. и 4.4.

Таблица 4.3

M, [Нм]	, [рад/с]

Таблица 4.4

M, [Нм]	, [рад/с]

Расчет механических характеристик при различных сопротивлениях в цепи якоря проводятся для двух значений сопротивления якоря и , где номинальное сопротивление обмотки якоря. Сопротивление якоря осуществляется в поле окна настройки параметров машины. Нагрузка на валу машины меняется в диапазоне с шагом . Расчет выполняется для каждого значения сопротивления якоря и момента. Результаты моделирования представлены табл. 4.5.

Таблица 4.5.

M, [Нм]	, [рад/с]

Аналогично проводится расчет при различных потоках возбуждения и , где - номинальный магнитный поток возбуждения. Изменение потока возбуждения осуществляется в поле Field-armature mutual inductance окна настройки параметров машины. Нагрузка на валу машины меняется в диапазоне с шагом . Расчет выполняется для каждого значения потока возбуждения и момента. Результаты моделирования представлены табл. 4.6. и 4.7.

Таблица 4.6

M, [Нм]	, [рад/с]

Таблица 4.7

M, [Нм]	, [рад/с]

Расчет регулировочных характеристик при изменении напряжения якоря проводится для постоянного момента нагрузки, равного номинальному и изменению напряжения в цепи якоря от 0.4 до 1.2 исходного значения с шагом 0.2 исходного значения напряжения. Результаты расчета представлены табл. 4.8.

Таблица 4.8.

, [В]	, [рад/с]

Содержание отчета