Исследование двигателя постоянного тока: Методические указания к выполнению лабораторной работы

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт, техники, технологии и управления

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Методические указания к выполнению лабораторной работы по курсу

«Электромеханические системы» для студентов специальности 210100 всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского  института техники,

технологии и управления

Балаково 2008

ВВЕДЕНИЕ

Электроприводом называется электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в механическую энергию поступательного либо вращательного движения и включающее электромеханический преобразователь (двигатель) и устройство управления двигателем. По роду тока электропривод разделяется на привод переменного и постоянного тока. В электроприводе постоянного тока в  качестве электромеханического преобразователя используется двигатель постоянного тока (ДПТ). ДПТ имеет различные схемы включения: с независимым, параллельным и последовательным возбуждением. В данной работе исследуется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением при управлении по цепи якоря.

Цель работы: разработка модели двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в Simulink и исследование механических и динамических характеристик.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Основные уравнения для двигателя постоянного тока независимого возбуждения (рис.1) при управлении по цепи якоря в динамическом режиме могут быть записаны в виде:

;	(1)
;	(2)
;	(3)
,	(4)

где     U_я - напряжение на якорной обмотке двигателя, В;

Е - электродвижущая сила (ЭДС) якоря, В;

I_я- ток якоря, А;

Ф - поток, создаваемый обмоткой возбуждения, Вб;

M - электромагнитный момент двигателя, Н м;

M_С - момент сопротивления движению, Н۬ м;

ω - скорость вращения вала двигателя, с^-1;

R_Я - активное сопротивление якорной цепи, Ом;

L_Я - индуктивность якорной цепи, Гн;

J - суммарный момент инерции якоря и нагрузки, кг м²;

с_е - конструктивный коэффициент ЭДС двигателя,

с_м - конструктивный коэффициент момента двигателя.

Обмотка возбуждения

Якорь

Рис.1. Схема включения ДПТ с независимым возбуждением

При использовании управления по цепи якоря магнитный поток Ф следует считать постоянным. Введем обозначение:

;	(5)
,	(6)

где     k_e – коэффициент ЭДС, В с;

          k_м – коэффициент момента, Н м А^-1.

          Данные коэффициенты ЭДС k_e и момента k_м являются либо справочными величинами, либо рассчитываются по нижеприведенным формулам, исходя из номинальных параметров двигателя:

;	(7)
.	(8)

          Запишем уравнения (1)-(4) с учетом (5), (6) в операторной форме:

;	(9)
;	(10)
;	(11)
.	(12)

С точки зрения будущей модели выделим следующие переменные:

1. Входные воздействия:

- напряжение якоря U_я;

- момент сопротивления движению M_С.

2. Выходные переменные:

- электромагнитный момент двигателя M;

- скорость вращения вала двигателя ω.

3. Переменные состояния (переменные, стоящие под знаком производной):

- ток якоря I_Я, который из (9) может быть выражен следующим образом:

;

(13)

- скорость вращения вала двигателя ω, которая может быть выражена из уравнения (10) следующим образом:

.

(14)

Остальные переменные, входящие в состав уравнений (9)-(12), кроме ЭДС Е, являются параметрами, численные значения которых необходимо задавать при проведении расчетов.

В паспортных данных на электродвигатели приводятся основные параметры, такие как: мощность на валу Р_Н (кВт); частота вращения n_Н (об/мин);  напряжение питания U_Н (В); ток якоря I_ЯН (А); сопротивление обмотки якоря R_Я (Ом); момент номинальный М_Н (Н·м); момент инерции J (кг·м²), на основе которых рассчитываются дополнительные.

Номинальная угловая скорость вращения вала ω_Н,с^-1

.

(15)

Индуктивность цепи якоря L_Я, Гн

,

(16)

где     р – число пар полюсов двигателя.

Коэффициент ЭДС k_e, В с

.

(17)

          Коэффициент момента k_М, Н м А^-1

.

(18)

СВЕДЕНИЯ О ПРОГРАММНОМ ПРОДУКТЕ

На основании уравнений (9)-(12) с учетом выражений (13), (14) строится Simulink-модель двигателя (рис.2) с использованием стандартной библиотеки пакета.