Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование в строительстве. Лабораторный практикум
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО
ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
К аф едра механизации, автоматизации и энергоснабжения строительства
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Лабораторный практикум
Самарский государственный технический университет
Самара
2019
Печатается по решению ученого совета СамГТУ
(протокол № 8 от 28.03.2019 г.)
УДК 69.05(076.5)
ББК 38.6 я73
Электрооборудование в строительстве: лабораторный практикум /
Сост. Масляницын А.П. – Самара: Самар. гос. техн. университет, 2019. –
71 с.
Лабораторный практикум содержит сведения о проведении исследо-
ваний статических и динамических свойств электроприводов и их систем
управления методом постановки вычислительных экспериментов. Рассмотрены способы построения вычислительных моделей в среде Simulink
с использованием библиотеки SimPower System и методики проведения
вычислительных экспериментов. Описаны методы обработки экспериментальных данных средствами программы Matlab.
Издание рекомендовано студентам направления подготовки 080301
«Строительство», профиль «Механизация и автоматизация строительства».
Р е ц е н з ен т : к.т.н., доцент В.В. Сабуров
А.П.Масляницын
составление, 2019
Самарский государственный
технический университет, 2019
2
Введение
Современные строительные машины и оборудование предприятий
строительной индустрии в качестве источников механической энергии
для выполнения технологических операций используют электропривод.
Статические и динамические характеристики электроприводов производственных машин в значительной мере определяют качество выполняемых
работ и выпускаемой продукции. Основной тенденцией их развития является расширение функциональных возможностей, улучшение показателей
точности регулирования и повышение быстродействия. Как правило, решение указанных задач выполняется за счет оснащения электромеханического устройства – двигателя – системой управления его движением.
Совершенствование электроприводов и систем их управления наибо-
лее целесообразно выполнять на виртуальных вычислительных моделях,
что позволяет расширить спектр проводимых исследований, а также сократить их трудоемкость. В связи с этим, при подготовке специалистов в
области электрооборудования и автоматизации необходимо уделять внимание методам использования современного программного обеспечения
для моделирования электроприводов и систем их управления, а также методикам постановки вычислительных экспериментов и обработки полученных данных.
3
Лабораторная работа №1
Рис.1. Электрическая схема экспериментальной установки
М1
+
-
-
А
А
-
М2
BR
РН1
РН2
R
д1
R
д2
ОВМ1
ОВМ2
1
2
3
4
5
9
8
7
6
~
~
«Исследование статических и динамических характеристик
двигателя постоянного тока независимого возбуждения»
Цель работы: исследование статических и динамических характери-
стик двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
1. Устройство экспериментальной установки.
Принципиальная электрическая схема экспериментальной установки
для исследования статических и динамических характеристик двигателя
постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) показана на рис.1.
Она включает в себя двигатель 1 со встроенным тахогенератором 7, регулируемые источники постоянного напряжения 2 и 3, нагрузочное устройство 4, добавочные резисторы 5 и 6, амперметры 8 и 9.
Выполнение экспериментальных исследований более удобно произво-
дить на виртуальном стенде, например, построенном на базе блоков библиотеки SimPowerSystems среды моделирования Matlab (Simulink).
4
2. Создание вычислительной модели базовой экспериментальной
Рис.2. Вычислительная модель
базовой экспериментальной установки
установки на основе блоков библиотеки SimPowerSystems.
На рис.2 представлена вычислительная модель базовой эксперимен-
тальной установки, блоки которой будут использоваться во всех опытах
этой лабораторной работы. Основная часть блоков установки находится в
библиотеке SimPowerSystems [1].
Особенностью блоков SimPow-
erSystems является наличие двух
типов выводных клемм (выводов).
Первый тип – электрический –
обозначен квадратными клеммами
и предназначен для соединения
только с блоками библиотеки Sim-
PowerSystems.
Второй тип клемм – информа-
ционный – обозначен «>» или «<»,
т.е. информационный вход или выход блока. Данный тип клемм используется для соединения с бло-
ками группы Simulink и предназначен для введения в блоки SimPowerSys-
tems внешних постоянных или переменных величин, например, величины
момента нагрузки двигателя, а также вывода информации о моделируемых
внутренних координатах блока, например, угловой скорости вращения ротора двигателя.
Для создания вычислительной модели базовой экспериментальной
установки сделайте следующее:
1. Запустите программу Matlab, а затем – Simulink (кнопка ).
2. Создайте новую модель, нажав на кнопку в окне Simulink.
3. Найдите в окне браузера библиотек Simulink (Simulink Library
Browser) группу блоков SimPowerSystems – это группа, в которой
находится большинство требуемых для модели блоков.
4. Найдите блок DC Machine в подгруппе Machines и методом пере-
таскивания вставьте его в модель.
5. Найдите блок DC Voltage Source в подгруппе Electrical Sources и
также перенесите его в модель. По умолчанию этот блок ориентирован вертикально, хотя в данной модели его более удобно распо-
5
ложить горизонтально. Чтобы повернуть блок последовательно выполните команды Format - Rotate контекстного меню (открывается
правой кнопкой мышки при наведении на блок). Используйте эти
команды до тех пор, пока блок DC Voltage Source не будет ориен-
тирован так, как показано на рис.2 (знак «+» источника должен
находиться слева).
Так как в экспериментальной установке используются два оди-
наковых источника постоянного напряжения, то необходимо сделать копию блока DC Voltage Source. Для этого можно воспользо-
ваться методом «копирования-вставки», например, с помощью контекстного меню, либо методом непосредственного копирования. В
последнем случае нужно навести указатель мышки на блок, нажать
правую кнопку мышки (рядом с указателем появится знак «+») и
удерживая ее переместить указатель в свободное место модели.
6. Расположите блоки модели так, как показано на рис.2 и соедините
источники DC Voltage Source с блоком двигателя DC Machine. Для
этого подведите указатель мышки, например, к «+» верхнего источника напряжения, нажмите левую кнопку мышки и удерживая ее
протяните пунктирную линию к выводу «А+» блока двигателя (обмотка якоря). Аналогично соедините второй вывод этого источника
с выводом «А–». Таким же образом соедините нижний источник
напряжения с выводами «F+» и «F–» блока двигателя (обмотка возбуждения).
7. Дополните модель блоком Step (группа Simulink – Sources), пред-
назначенным для формирования ступенчатого воздействия, блоком
Scope (группа Simulink – Sinks), используемым для наблюдения
графика переходного процесса, и блоком Demux (группы Simulink
– Signal Routing, выполняющим разделение вектора входного сиг-
нала на отдельные составляющие.
8. Соедините выход блока Step со входом TL (Torque Load – момент
нагрузки) блока двигателя DC Machine. С помощью этого блока бу-
дет формироваться нагрузка двигателя.
9. Соедините выход m блока двигателя DC Machine со входом блока
Demux. Откройте двойным щелчком блок Demux и в параметре
Number of outputs (число выходов) введите 4, т.е. создайте четыре
выхода этого блока.
6
В результате будут выделены следующие внутренние параметры дви-
Рис.3. Параметры блока DC Machine
гателя (сверху вниз): скорость , ток якоря Iя, ток обмотки возбуждения Iв и электромагнитный момент Мдв.
10. Сделайте еще 3 копии блока Scope и соедините каждый из 4-х
блоков этого типа с отдельным выходом блока Demux.
Таким образом, вы создали виртуальную базовую экспериментальную
установку. Блоки модели можно свободно перетаскивать в любое место
окна, а также масштабировать, перемещая угловые маркеры блока (черные
квадраты, которые появляются после выделения блока).
Следующим этапом разработки модели является ее настройка, т.е. задание внутренних параметров блоков DC Machine, Step и DC Voltage
Source [1]. Для этого нужно двойным щелчком открывать каждый из перечисленных блоков и вводить в окно формы требуемые значения.
Укажите в блоке DC Machine следующие внутренние параметры
(рис.3):
1. Preset model – параметры
предустановленной модели
двигателя. В раскрывающемся
списке представлены уже введенные в блок наборы параметров определенных типов двигателей. Выбрав один из них,
можно загрузить в остальные
поля формы соответствующие
параметры.
В данном случае этот параметр должен иметь значение
No, так как в работе используются другие типы двигателей.
2. Mechanical input – тип ме-
ханического входа. Может принимать значение Torque TL
(момент нагрузки) или Speed w
(скорость вращения), что соответствует использованию блока
DC Machine в качестве двигателя или генератора.
7
В данном случае параметр, указываемый в блоке по умолчанию
Табл.1. Параметры ДПТ НВ
Вариант
Ra, Ом
La, Гн
Rf, Ом
Lf, Гн
Laf, Гн
J, кг м2
Мн, Нм
1.
2,52
0,048
610
200
3,6
0,04
2,4
2.
0,6
0,012
365
180
1,2
0,1
3,1
3.
0,805
0,026
359
160
2,2
0,06
4,8
4.
0,201
0,007
265
140
0,81
0,08
6,4
5.
0,42
0,005
181
120
1,1
0,1
9,6
6.
0,084
0,001
129
100
0,8
0,24
11
7.
0,271
0,006
134
120
1,2
0,05
24
8.
0,14
0,003
111
100
0,35
0,15
33
9.
0,037
0,001
82
110
0,45
0,55
44,6
10.
0,058
0,027
98
100
0,9
0,5
76,2
(Torque TL), изменять не нужно.
3. Armature resistance and inductance (Сопротивление и
индуктивность цепи якоря) – вектор, состоящий из двух параметров:
сопротивление обмотки якоря Ra и ее индуктивность Lа. Необходимо
ввести значения этих параметров, взятые из табл.1 в соответствии
с вариантом (номером бригады) заданным преподавателем. Вектор
значений указывается в квадратных скобках, а значения внутри
разделяются пробелом: [Ra La], например, для 1-го варианта [2.52
0.048]. Учтите, что в программе Matlab (Simulink) десятичным
разделителем является точка.
4. Field resistance and inductance (Сопротивление и индуктивность
цепи возбуждения) – вектор, состоящий из двух параметров:
сопротивление обмотки возбуждения Rf и ее индуктивность Lf.
Указываются аналогично параметрам обмотки якоря (п.3).
5. Field-аrmature mutual inductance Laf - взаимная индуктивность
обмоток якоря и возбуждения. Указывается соответствующее
значение из табл.1.
6. Total inertia (момент инерции) – значение приведенного момента
инерции механической части привода. В данном случае приводной ме-
ханизм отсутствует, поэтому этот параметр равен моменту инерции J собственно якоря двигателя (табл.1).
7. Viscous friction coefficient Bm – коэффициент вязкого трения. Счи-
таем, что данный тип трения в двигателе отсутствует (Bm=0).
8
8. Coulomb friction torque Tf – момент сухого трения. Также, как и в
1 2 3 4 5 6 7 8
Рис.4. Окно блока Scope
предыдущем случае, считаем, что данный тип трения в двигателе
отсутствует (Tf=0).
9. Initial speed (начальная скорость). По умолчанию считается, что
якорь двигателя в момент пуска находится в покое, т.е. его начальная
скорость равна 0. Оставляем данный параметр без изменений.
Блок Step содержит следующие внутренние параметры:
1. Step time - момент времени подачи скачка. Данный параметр позво-
ляет задавать момент времени, в который нужно сформировать ступенчатое воздействие.
2. Initial value – начальное значение скачка, т.е. значение выхода блока
Step с момента начала расчета модели, до момента времени, указан-
ного в Step time.
По умолчанию этот параметр равен 0 и изменять его не нужно!
3. Final value – конечное значение скачка, т.е. значение выхода блока
Step с момента времени, указанного в Step time, до окончания расчета
модели.
Остальные параметры блока, заданные по умолчанию, не требуют изменения.
Значения перечисленных параметров блока Step определяются условиями проведения конкретного эксперимента.
Блок DC Voltage Source имеет только один настроечный параметр
Amplitude (V) – величина напряжения, В. Значение этого параметра опре-
деляется условиями конкретного опыта, поэтому пока оставьте его без из-
менений.
Блок Scope имеет панель инструментов (рис.4) со следующими
кнопками:
1. Печать графика;
2. Свойства блока
3. Увеличение масштаба выделен-
ной области графика одновременно
по двум осям.
4. Увеличение масштаба выделен-
ной области графика только по горизонтальной оси.
9
5. Увеличение масштаба выделенной области графика только по вер-
Рис.5. Вкладки окна свойств блока Scope
тикальной оси.
6. Автоматический подбор масштаба для отображение всего графика.
7. Сохранение пользовательской настройки масштаба графика.
Обычно после каждого перерасчета модели при построении графика используются настройки масштаба по умолчанию. Чтобы заново не масштабировать график после каждого перерасчета модели целесообразно в первый раз настроить желаемый вид графика
и сохранить эти настройки.
8. Сброс пользовательских настроек масштаба графика в значения по
умолчанию. Если выбранный ранее масштаб графика перестал
быть удобным, то эту настройку следует сбросить в значение по
умолчанию.
Остальные кнопки панели инструментов предназначены для работы с
блоком в режиме «Floating Scope». В этом режиме блок Scope не соединяется ни с одним из выходов блоков модели. Подключение к нужному сигналу выполняется путем его выбора в окне Signal selector.
Окно свойств блока Scope (рис.5) включает две вкладки: General и
Data history. Вкладка General содержит основные параметры настройки
отображения графика и в большинстве случае не требует изменений.
Вкладка Data history содержит настройки массива данных, который ис-
пользуется при построении графика. Параметр Limit data points to last
предназначен для установки ограничения на количество точек данных, показываемое на графике, а также для указания значения этого ограничения.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]