Задание к курсовому (СУЭП) / Л Р СУЭП 1ч новая_1
.pdf
больше момента инерции ДПТ. Жесткость упругого элемента C12 принять равной тысяче.
2.Отладить модель в режиме холостого хода. Принять, что MC1 = MC2 = 0;
зазор в передаче равен нулю; коэффициент вязкого трения β равен нулю. Момент двигателя прикладывается скачком и равен номинальному.
3.Рассчитать частоту и период свободных колебаний возникающих в двухмассовой системе по формуле
Ω12 = |
С12 (J1 + J2 ) |
, |
T12 |
= |
2 π . |
(4.4) |
|||
|
J |
1 |
J |
2 |
|
|
|
Ω |
|
|
|
|
|
|
|
12 |
|
||
Рассчитать среднее и максимальное значение момента упругой связи M12СР и M12MAX по формуле
M12СР = J2 |
εСР = |
|
J2 |
M , |
K Д = |
M12MAX |
, |
(4.5) |
J1 |
+ J2 |
|
||||||
|
|
|
|
M12СР |
|
|||
где KД – динамический коэффициент, который при скачкообразном приложении момента равен двум.
Сравнить данные расчёта с результатами моделирования двухмассовой системы в режиме холостого хода.
4.Исследовать движение двухмассовой системы с учётом зазора в передаче. Момент двигателя прикладывается скачком. Момент сопротивления MC1 = MC2 = 0. Исследовать влияние величины зазора ∆ϕ на амплитуду колебаний момента упругой связи M12.
5.Исследовать влияние плавности нагружения на движение двухмассовой механической системы. Считать, что момент на валу двигателя нарастает экспоненциально. Зазором в передаче пренебречь.
За счет плавного нагружения удаётся снизить динамический коэффициент до значения, определяемого выражением:
K Д =1+ |
|
1 |
T 2 , |
(4.6) |
1 |
+ Ω2 |
|||
|
|
12 |
Н |
|
где TН – постоянная времени нагружения.
Тогда из (4.6) может быть определена постоянная времени для обеспечения требуемого динамического коэффициента
T |
= |
1 |
1 |
−1. |
(4.7) |
|
Ω12 |
(K Д −1)2 |
|||||
Н |
|
|
|
Провести моделирование для двух заданных значений KД. Сравнить данные расчёта с результатами моделирования.
6.Исследовать влияние вязкого трения (изменение коэффициента вязкого трения β) на демпфирование колебаний в двухмассовой системе. Момент со стороны двигателя прикладывается скачком. Зазор в передаче принять равным нулю. Провести моделирование для двух значений коэффициента вязкого трения для получения колебательности в системе M1, M2.
Содержание отчёта
1.Математическое описание и кинематическая схема двухмассовой механической системы.
2.Структурная схема двухмассовой механической системы.
3.Схема модели в пакете System View для каждого опыта.
4.Графики переходных процессов для каждого опыта.
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
Моделирование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Цель работы: изучение библиотек System View; представление результатов моделирования в окне анализа; моделирование режимов «Пуск», «Реверс», «Торможение»; моделирование нагрузок.
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) это электрическая машина, имеющая две электрически несвязанные обмотки – обмотку возбуждения, расположенную на статоре машины, и обмотку якоря, расположенную на роторе (якоре) машины. Передача электрической энергии к якорю происходит посредством щеточно-коллекторного узла. Обмотки электрической машины питаются от источника постоянного напряжения. Электрическая функциональная схема ДПТ НВ представлена на рисунке 5.1.
+ |
UЯ |
- |
IЯ |
ОЯ |
|
ОВ |
|
MC |
+ |
M |
ω |
- |
|
Рисунок 5.1 – Электрическая функциональная схема ДПТ НВ
Уравнения, описывающие электромеханическое преобразование энергии в ДПТ НВ, имеют вид:
U |
|
= L |
Я |
diЯ |
+ r i |
Я |
+e |
Я |
|
||
|
|
|
|||||||||
|
Я |
|
|
dt |
Я |
|
|
||||
|
dω |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
J |
|
|
= M − M |
С |
|
|
. |
(5.1) |
|||
dt |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
eЯ |
|
= kФ ω |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M = kФ iЯ |
|
|
|
|
|
||||||
Уравнения (5.1) могут быть представлены в операторной форме:
U |
Я |
( p) = i |
Я |
( p) r (T p +1) +e( p) |
|
U |
( p) −e( p) = i |
Я |
( p) r (T p +1) |
|
||||
|
|
Я Я |
|
( p) |
|
Я |
|
|
|
Я Я |
|
|||
J |
p ω( p) = M ( p) −M |
c |
|
M ( p) −M |
C |
( p) = |
Jω( p) p |
. (5.2) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
e( p) = kФ ω( p) |
|
|
|
e( p) = kФ |
ω( p) |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
M ( p) = kФ iЯ ( p) |
|
|
|
M ( p) = kФ iЯ ( p) |
|
|||||||||
Уравнениям (5.2) соответствует структурная схема ДПТ НВ (рис. 5.2).
|
|
|
|
|
кФ |
|
Uя |
e |
1 RЯ |
IЯ |
кФ |
M |
|
|
|
T |
p +1 |
|
|
|
|
|
Я |
|
|
|
MС |
|
|
|
|
|
|
|
1 ω
JΣ p
Рис. 5.2. Структурная схема ДПТ НВ
Расчет коэффициентов и постоянных времени
Номинальная скорость вращения двигателя и конструктивный коэффициент:
ωН = |
π nН ; |
kФ = U ЯН − IЯН rЯ , |
(4.3) |
|
|
30 |
ω |
Н |
|
|
|
|
|
|
где nН – номинальная скорость вращения в оборотах за минуту;
ωН – номинальная скорость вращения в радианах за секунду; UЯН – номинальное напряжение якоря;
IЯН – номинальный ток якоря;
rЯ – сопротивление якорной цепи.
Индуктивность якорной цепи определяется по формуле Ленвилля-Уманского
|
LЯ = |
|
0,6U ЯН |
. |
|
(4.4) |
|||||
|
|
pП ωН IЯН |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Электромагнитная и электромеханическая постоянные времени: |
|
||||||||||
T |
|
= |
LЯ |
, T = |
|
J rЯ |
. |
(4.5) |
|||
|
|
|
|
||||||||
Я |
|
|
r |
|
M |
kФ2 |
|
||||
|
|
|
|
Я |
|
|
|
||||
Определяется коэффициент демпфирования: |
|
||||||||||
ξ |
= |
1 |
|
TМ . |
|
|
(4.6) |
||||
|
|
|
2 |
|
T |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Я |
|
|
|
|
Если коэффициент демпфирования меньше единицы, то двигатель может быть представлен колебательным звеном. В этом случае шаг интегрирования выбирается на основании собственной постоянной времени двигателя:
Ω0 = |
1 |
, T0 = |
2π |
. |
(4.7) |
TЯ TM |
|
||||
|
|
Ω0 |
|
||
Если коэффициент демпфирования больше единицы, то двигатель представляет инерционное звено второго порядка. Поэтому шаг интегрирования выбирается на основании минимальной постоянной времени ДПТ (TЯ или TM) и должен быть как минимум в три раза меньше соответствующей постоянной времени двигателя.
Ход работы
1.По структурной схеме (рис. 5.2) в пакете SV составить модель двигателя постоянного тока. Данные для расчёта параметров двигателя представлены в приложении А (табл. 1).
2.Отладить модель, исследуя пуск двигателя в режиме холостого хода. Момент сопротивления на валу двигателя принять равным нулю: MC = 0, а напряжение якоря равным номинальному UЯ = UЯН .
3.Исследовать режимы «Пуска» и «Реверса» двигателя с активной нагрузкой на валу. Момент сопротивления на валу принять равным номинальному моменту двигателя: MC = MН.
4.Исследовать режимы «Пуска» и «Реверса» ДПТ при реактивном характере нагрузки на валу. Момент сопротивления на валу принять равным номинальному моменту двигателя: MC = MН.
Содержание отчета
1.Схема и математическое описание ДПТ НВ.
2.Структурная схема модели ДПТ НВ.
3.Расчет коэффициентов и постоянных времени двигателя. Выбор шага интегрирования.
4.Схемы модели двигателя в пакете System View для заданных режимов работы.
5.Графики переходных процессов «Пуска» и «Реверса» двигателя для холостого хода, активной и реактивной нагрузки.
6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Моделирование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
Цель работы: закрепление основ работы с System View; назначение калькулятора вывода SV.
Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором это электрическая машина переменного тока, имеющая трёхфазную обмотку на статоре и трёхфазную короткозамкнутую обмотку на роторе. Переменное трёхфазное напряжение прикладывается к обмотке статора. Электрическая схема и механическая характеристика АД КЗ представлены на рисунке 6.1.
A |
~U1, f1 |
C |
|
ω |
|
|
|
B |
|
|
ω0 |
|
|
||
|
IA |
|
|
ωН |
|
|
|
|
|
|
|
ωКР |
|
|
|
|
M |
ω |
|
|
|
|
|
|
|
M |
|
|
|
M |
|
|
|
|
|
0 |
MН |
MП |
MКР |
|
|
MC |
|
|
|
|
|
Рисунок 6.1. Электрическая схема и механическая характеристика АД КЗ
Если пренебречь электромагнитной инерцией, полагая, что электромагнитные процессы не оказывают существенного влияния на вид переходных характеристик, то для математического описания АД может быть принята следующая система уравнений:
|
|
dω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
J |
|
|
|
= M (s) −MС |
|
|
|
||||||||
|
dt |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 M К |
|
|
|
|
. |
(6.1) |
|
M (s) |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
s sК +sК |
|
s |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
ω |
0 |
−ω |
|
|
|
2πf |
1 |
|
|
|||
s |
= |
|
|
|
|
; ω0 |
= |
|
|
|
|
|
|||
|
ω0 |
|
|
|
pП |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Уравнения (6.1) могут быть представлены в операторной форме:
|
|
M (s)−M |
С |
|
|
|||
Jω(p)p = |
|
|
|
|
|
|
||
Jp |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2 M К |
|
|
|
. |
(6.2) |
|
M (s) = |
|
|
|
|
|
|||
s(p) sК + sК s(p) |
||||||||
|
|
|
||||||
s(p)= ω0 −ω(p) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
ω0 |
|
|
|
|
|
|
Уравнениям (6.2) соответствует структурная схема АД (рис. 6.2).
MK
f1 2π |
ω0 |
SK |
pП |
|
|
|
|
ω |
2 |
1 |
ω |
Jp |
|
MC |
|
Рисунок 6.2 – Структурная схема асинхронного двигателя
|
|
|
|
Расчет коэффициентов |
|
||||||||||
Синхронная и номинальная скорости вращения ротора АД: |
|
||||||||||||||
ω0 |
= |
π nC |
, |
ωН =ω0 (1− SН ) . |
(6.2) |
||||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Номинальный и критический момент на валу двигателя: |
|
||||||||||||||
M |
|
= |
|
PН |
, |
M |
|
= m M |
|
. |
(6.3) |
||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Н |
|
|
ω |
Н |
|
|
K |
K |
Н |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пусковой момент двигателя (S = 1) по формуле Клосса: |
|
||||||||||||||
M П = |
|
|
2M КР |
|
|
|
|
|
|
(6.4) |
|||||
1 SКР + SКР |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Ход работы
1.По структурной схеме (рис. 6.2) в пакете SV составить модель АД. Данные для расчётов параметров модели представлены в приложении А (табл. 2.).
2.Отладить модель, исследуя пуск двигателя в режиме холостого хода (момент сопротивления на валу двигателя MC = 0).
3.Исследовать режим «Пуска» с номинальной нагрузкой активного характера. Момент сопротивления на валу двигателя выбрать следующим образом: если MН < MП, то принять MC = 0,5MП, а если MН > MП, то принять MC = MН.
4.Исследовать режим «Пуска» с вентиляторной нагрузкой на валу АД. Номинальный момент нагрузки считать равным номинальному моменту АД. Составляющую момента сухого трения принять равной 0,1MН.
5.Исследовать статическую механическую характеристику АД и влияние на неё параметров сети и двигателя: U1, f1 , R2’.
Содержание отчёта
1.Схема и математическое описание АД.
2.Расчет коэффициентов и постоянных времени двигателя. Выбор шага интегрирования.
3.Структурная схема модели АД.
4.Схема модели АД в пакете System View для заданных режимов работы.
5.Графики переходных процессов «Пуска» в режиме холостого хода, с активной и вентиляторной нагрузкой на валу.
6.Графики статических механических характеристик рассчитанные для указанных в задании случаев.
7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Моделирование типовых регуляторов систем электропривода
Цель работы: знакомство с настройками типовых регуляторов систем электропривода и автоматики
На рисунке 7.1 в общем виде представлена структурная схема замкнутой системы автоматического управления.
Рисунок 7.1 – Структурная схема замкнутой САУ
Замкнутая система автоматического управления (САУ) состоит из объекта регулирования (ОР), датчика(ов) обратной связи (ДОС с передаточной функцией WОС) и регулятора (Р). На вход системы поступает сигнал задания xЗ, а по каналу обратной связи – сигнал обратной связи xОС. На выходе системы в соответствии с сигналом задания и настройкой регулятора формируется выходной сигнал xВЫХ.
С точки зрения типа ОР замкнутые САУ можно разделить на статические и астатические. В состав ОР статической системы входят элементы, которые могут быть описаны усилительными или апериодическими звеньями. Передаточная функция в разомкнутом состоянии такой системы имеет вид:
n |
m |
1 |
|
|
|
|
W (p)= ∏ki ∏ |
|
, |
(7.1) |
|||
Tj p +1 |
||||||
i=1 |
j=1 |
|
|
|||
где ki – коэффициенты усиления звеньев, входящих в состав системы; Ti – постоянные времени звеньев, входящих в состав системы.