Математическая модель испытательной станции тяговых двигателей постоянного тока

Страницы работы

Содержание работы

3   МАТЕМАТИЧЕСКАЯ  МОДЕЛЬ  ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ ТЯГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При построении математической модели будем использовать системный подход, то есть испытательную станцию будем рассматривать как техническую систему, состоящую из элементов (отдельных узлов и деталей), связанных и взаимодействующих друг с другом. Система имеет пять режимов, то есть способов включения элементов системы.

Математическое описание процессов в испытательной станции представляет собой ее математическую модель. Все процессы в испытательной станции считаем происходящими только в установившемся режиме.

Математическую модель создаем для выполнения лабораторной работы по дисциплине “ Тяговые электрические двигатели “. Входе ее выполнения необходимо изучить виды и программы испытаний тяговых машин, изучить методы испытаний тяговых машин, изучить работу стендов реализующих физическую  модель  испытательной  станции, а  также освоить работу с ЭВМ, на  которой  реализована  математическая  модель  испытательной  станции.

Разделим параметры испытательной станции на входные, внутренние и выходные.

Входные параметры – это значения величин, вводимые испытателем в испытательную станцию. Такими величинами являются напряжение возбуждения и сопротивление возбуждения линейного генератора, напряжение возбуждения и сопротивление возбуждения вольтодобавочной машины.

Внутренние параметры – это величины необходимые для вычислений, которые выполняются внутри программы и не показаны на мониторе компьютера. К таким величинам относятся магнитный поток генератора и двигателя, вольтодобавочной машины и линейного генератора, частота вращения асинхронных двигателей, а также электродвижущие силы генератора, двигателя,  вольтодобавочной  машины  и  линейного  генератора.

Выходные параметры – это показания, снимаемые с измерительных приборов испытательной станции. К таким показаниям относятся токи двигателя, вольтодобавочной  машины  и  линейного  генератора; напряжения  двигателя, вольтодобавочной  машины  и  линейного генератора, а также частота вращения вала двигателя фиксируемая тахогенератором.

Количественная взаимосвязь между рассмотренными параметрами описывается уравнениями связи. В испытательной станции связи между элементами  необходимо составлять для каждого вида связи и режима работы.

Рассмотрим  стенд  испытательной  станции.  По  методу взаимной нагрузки  две  однотипные машины двигатель  и  генератор  соединяют между  собой  механически  (муфтой)  и  электрически  по  схеме.  В  связи с тем,  что  генератор  последовательного  возбуждения  не  может  устойчиво работать  при  параллельном  соединении  с  другим  генератором  (ЛГ),  его обмотка возбуждения включена в цепь двигателя.

Кроме испытуемых машин (двигатель и генератор), на схеме есть еще четыре электрические машины: вольтодобавочная машина (ВДМ) – генератор с независимым возбуждением, приводимый во вращение асинхронным двигателем АД 2  и  линейный генератор (ЛГ) – генератор с независимым возбуждением, приводимый во вращение асинхронным двигателем АД 1.

При таком подключении электрических машин, генератор создает механическую нагрузку на валу тягового двигателя и в свою очередь питает двигатель электрической энергией. В двигателе и генераторе возникают потери, которые компенсируются вольтодобавочной машиной (электрические потери) линейным генератором (магнитные, механические и добавочные потери).

Ток в обмотках возбуждения линейного генератора и вольтодобавочной машины регулируется с помощью реостатов и напряжения подводимого к ним. Скорость вращения двигателя и генератора измеряется специальной микромашиной – тахогенератором.

Испытательная станция может находиться в пяти (не учитывая отключенного) состояниях (режимах), имеющих связи и процессы, которые могут быть описаны математическими уравнениями. Рассмотрим математические уравнения на каждом режиме.

Первый режим который мы рассмотрим, это режим при котором включен только асинхронный двигатель АД1, а асинхронный двигатель АД2 – отключен и ключ К – разомкнут. В этом режиме асинхронный двигатель АД1 приводит во вращение линейный генератор ЛГ. Другие электрические машины испытательной станции в этом режиме вращаться не будут. Напряжение ЛГ в этом режиме будет равно электродвижущей силе ЛГ, которую можно определить по формуле:

                                Елг=С2*1440,                                                               (3.1)

 где: С2 – магнитный поток ЛГ, принимаем С2=0.05;

  1440 – частота вращения АД1, об/мин.

Во втором режиме асинхронный двигатель АД1 будет включен, ключ К – -замкнут, а асинхронный двигатель АД2 – отключен. В таком режиме испытательной станции ток линейного генератора ЛГ будет протекать как по цепи двигателя Д так и по цепи генератора Г, и направлен он будет в одну и туже сторону. Значит, вращающий момент обеих испытуемых машин будет направлен в одну сторону. Следовательно, нагрузки от генератора на двигатель не создается, и машины будут вращаться на холостом ходу. Так как в математической модели испытательной станции мы приняли решение производить наблюдения только в установившемся режиме, а при таком включении нарастание напряжения может привести к разносному вращению и разрушению электрических машин, можно признать этот режим недопустимым и исключить возможность его включения.

В третьем режиме включен асинхронный двигатель АД2, а асинхронный  двигатель  АД1 – отключен,  при  любом  положении ключа К. В таком положении испытательной станции асинхронный двигатель АД2 вращает вольтодобавочную машину ВДМ и на обмотку возбуждения подано напряжение от независимого источника питания. В замкнутом контуре ВДМ – Г – Д возникает ток:

                                      Iд=Iг=Iвдм                                                                (3.2)

В этом режиме мощность ВДМ будет равна сумме электрических потерь в обеих испытуемых машинах, вращения якорей испытуемых машин не будет, а описать режим можно следующими математическими уравнениями:

                                    Iвдм=Uввдм /(Rвдм+0.074),                                              (3.3)

где:  Iвдм - ток вольтодобавочной машины, А     

  Uввдм- напряжение возбуждения вольтодобавочной машины, В

  Rвдм- сопротивление возбуждения вольтодобавочной машины, Ом

                                    Евдм=С2*1440,                                    (3.4)                         где:  Евдм - ЭДС вольтодобавочной машины, В            

                                  Uвдмвдм-Iвдм*0.1,                            (3.5)                                         где:   Uвдм- напряжение вольтодобавочной машины, В

                                      Uд=Iвдм*0.052,                                      (3.6)                   где:   Uд- напряжение испытуемого двигателя, В

В четвертом возможном режиме работы испытательной станции, оба асинхронных двигателя АД1 и АД2 – включены, а ключ К разомкнут. В этом режиме асинхронные двигатели приводят во вращение линейный генератор ЛГ и вольтодобавочную машину ВДМ, а вращения испытуемых машин наблюдаться не будет. В общем, такой режим работы включает в себя свойства и математические уравнения первого и третьего режимов.

Пятый режим работы испытательной станции является основным и характерен включением обоих асинхронных двигателей АД1 и АД2, а также замыканием ключа К.

Похожие материалы

Информация о работе