182

Таблица 9.5

Порядок выполнения работы

1.Составить программу(ы) в MATLAB для расчета естественных механических характеристик асинхронного электродвигателя.

2.Значения параметров схемы замещения взять на основе расчетов лабораторного занятия № 8.

3.Задавшись шагом изменения скольжения просчитать математическую модель двигателя с характеристиками согласно варианту задания (таблица 8.1, лаб. занятие № 8). При этом обеспечить расчет электромагнитного момента в характерных точках s = 0; s = sн, s = sк, s = 1.

4.Аналогично п. 2 рассчитать электромагнитный момент для значений угловой скорости, соответствующих диапазону изменения скольжения от 0 до 1.

5.По полученным результатам построить естественные механические характеристики асинхронного двигателя M=f(s) и М=f(n).

6.Оформить отчет, содержащий математическую модель, распечатку программы, графики характеристик электродвигателя,выводыпорезультатаманализаполученныхестественных характеристик.

Литература

1.Соловьев, В. А. Расчет характеристик трехфазного асинхронного двигателя: методические указания к самостоятельной работе студентов по дисциплинам «Электротехника и электроника», «Основы электропривода» / В. А. Соловьев. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. – 44 с.

2.Чернышев, А. Ю. Электропривод переменного тока: учебное пособие / А. Ю. Чернышев, Ю. Н. Дементьев, И. А. Чернышев. – Томск : Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 213 с.

Лабораторное занятие № 10. Моделирование трогания и разгона транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания

Цель работы: получить навыки моделирования скоростной характеристики двигателей внутреннего сгорания.

Общие сведения

Двигатель является источником энергии, приводящим транспортную или тяговую машину в движение и обеспечивающим преодоление сопротивлений со стороны опорной поверхностиитехнологическогооборудования.Привыборедвигателядлятойилииноймашины наряду с его размерными характеристиками и компоновочными решениями необходимо располагать информацией о его термодинамических, динамических, технологических и прочих параметрах, число которых достаточно велико. Например, к термодинамическим параметрам можно отнести среднее эффективное давление, литровую и удельную мощности двигателя, коэффициент полезного действия; к динамическим параметрам – скорость поршня, частота вращения коленчатого вала, развиваемый крутящий момент, индикаторное давление, степень сжатия, коэффициент форсирования. Технологические параметры можно охарактеризовать удельной и литровой массой двигателя, часовым и удельным расходами топлива и пр.

Если при работе двигателя его параметры остаются постоянными (или колеблются около своих средних значений в допустимых пределах), то такой режим называется установившимся. Переход от одного установившегося режима к другому сопровождается

183

изменением параметров работы по времени и называется неустановившемся. Изменение режимов работы двигателя может осуществляться автоматически под воздействием регулирующих устройств или осуществляться водителем путем изменения подачи топлива с помощью органа управления.

На дизельных двигателях применяются регуляторы частоты вращения коленчатого вала, обеспечивающие поддержание заданного водителем скоростного режима двигателя при различных нагрузках на него путем автоматического изменения положения рейки топливного насоса. Как правило регулятор обеспечивает заданный скоростной режим при отклонениях от него в пределах до 10 %.

Дизельные двигатели оборудуются двухрежимными и всережимными регуляторами частоты вращения коленчатого вала. Двухрежимный регулятор поддерживает определенную частоту вращения коленчатого вала на режимах минимальных и максимальных оборотов, а всережимный – на всех режимах работы двигателя.

При проектировании мобильных машин важным является оценка их динамических показателей, которые в значительной степени определяются установленным на машине двигателем. Эта оценка на стадии конструирования осуществляется путем математического моделирования динамики движения машины. Поэтому при математическом моделировании процессов трогания, разгона машины, переключения передач и решения других задач необходимо знать параметры двигателя, соответствующие тому или иному состоянию моделируемого объекта.

Основные параметры двигателя, необходимые для осуществления тягово-динамиче- ского расчета, могут быть получены из скоростной характеристики двигателя. Скоростная характеристика представляет собой зависимости эффективной мощности Ne, крутящего мо-

мента Me, часового расхода топлива GT, удельного расхода топлива ge от угловой скорости

коленчатого вала.

Различают внешнюю и частичную скоростные характеристики. Внешняя скоростная характеристика соответствует полностью нажатой педали подачи топлива, а частичная – ее любому другому неизменному промежуточному положении.

Внешняя скоростная характеристика (рисунок 2.1) состоит из трех участков:

Рисунок 10.1 – Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя

–перегрузочного (корректорного), на котором угловая скорость изменяется от мини-

мально возможной ω0 до ωM, соответствующей максимальному значению крутящего момента двигателя;

–рабочего, на котором угловая скорость изменяется от ωM до ωн, соответствующей максимальному (номинальному) значению эффективной мощности Ne;

184

– регуляторного, на котором частота вращения повышается от номинального значения ωн до значения ωmaxхх при холостом ходе.

Математическая модель внешней скоростной характеристики на безрегуляторной ветви в диапазоне ω0 ≤ ω≤ ωн описывается формулой С. Р. Лейдермана:

Ne = Neн ωωн a +b ωωн −с ωωн 2 , кВт

где a, b, c – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа двигателя; Nен – номинальная

(максимальная) мощность двигателя, кВт; ωн – угловая скорость, соответствующая номинальной мощности, с-1.

На регуляторной ветви, при ωн ≤ ω≤ ωmaxхх

ωmax −ω , кВт,

Ne = Neн ωmaxхх −ω

хх н

где ωmaxхх – максимальная угловая скорость на холостом ходу (без нагрузки). В случае отсутствия данных для конкретного двигателя, ее можно принять ωmaxхх =1,07 nн (при Ne=0).

Коэффициенты a, b и c также можно рассчитать следующим образом:

где kω, kM – коэффициенты приспособляемости двигателя по угловой скорости и крутящему моменту.

Значения коэффициентов приспособляемости находятся в диапазоне kω=1,45–2 и kM=1,1–1,5 и выбираются на основе экспериментально полученных характеристик.

В первом приближении их можно рассчитать по формулам

где ωM – угловая скорость двигателя на режиме максимального крутящего момента; Memax – максимальный крутящий момент; Meн – крутящий момент при номинальной мощности.

Эффективный крутящий момент двигателя на безрегуляторной ветви определяется на основе вычисленных значений эффективной мощности

Me = Nωe , Н м.

Регуляторная ветвь эффективного момента – это отрезок, соединяющий две точки (Me

при Neн и Me = 0 при Neн = 0).

Удельный эффективный расход топлива ge на безрегуляторном участке скоростной характеристики определяется выражением

185

ge = geн d −d ωωн + ωωн 2 , г/кВт ч

где geн – удельный расход топлива при номинальной мощности, г/кВт ч; d – эмпирический коэффициент (для дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания d = 1,55; для вихрекамерных дизельных двигателей d = 1,35).

Часовой расход топлива GT на безрегуляторном участке находится по формуле

GT = g1000e Ne , кг/ч.

На регуляторном участке часовой расход топлива изменяется по линейному закону от

GT при Neн до GTхх = 0,25 GTн на холостом ходу (Ne=0). Здесь GTн – часовой расход топлива, соответствующий номинальной мощности.

После этого можно рассчитать значения удельного расхода топлива на регуляторной

ветви

ge = 1000 GT , кг/ч.

Ne

Порядок выполнения работы

1.Составить программу для расчета внешней скоростной характеристики дизельного двигателя (таблица 10.1).

2.Задавшись шагом изменения угловой скорости просчитать математическую модель двигателя с характеристиками согласно варианту задания.

3.По полученным результатам построить внешнюю скоростную характеристику дви-

гателя.

4.Оформить отчет, содержащий математическую модель, распечатку программы, график характеристики двигателя.