Определение параметров двигателя постоянного тока на моделях: 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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА МОДЕЛЯХ

Методические указания к выполнению лабораторной работы

по дисциплине «Электромеханические системы» для студентов

специальности 220201 всех форм обучения

Одобрено

редакционно-издательским советом

Балаковского  института техники,

технологии и управления

Балаково 2010

ВВЕДЕНИЕ

Параметры двигателя постоянного тока, такие как электромагнитная и механическая постоянные времени, коэффициенты момента и ЭДС могут быть определены по заводскому формуляру двигателя и сняты экспериментально. При чем по паспортным данным параметры определяются приближенно, так как не учитываются сопротивления трансформаторов, полупроводниковых приборов и т.д., а также инерция движущихся масс, приведенных к валу двигателя. Экспериментальные методы, основанные на анализе осциллограмм тока и скорости, дают более точные результаты.

Цель работы: с использованием виртуальных моделей, реализованных в пакете MatLab определить параметры двигателя постоянного тока.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

На основании паспортных данных коэффициенты ЭДС k_Е и момента k_М рассчитываются по формулам, исходя из номинальных параметров двигателя:

;	(1)
.	(2)

  Соответственно электромагнитная Т_Э и механическая Т_М постоянная времени:

,	(3)
.	(4)

Входящие в выражения R_Я и L_Я определяются в замкнутой электрической цепи, состоящей из трансформатора, силовых полупроводниковых приборов, подводящих шин и т.д. Поэтому паспортные данные должны быть откорректированы с учетом параметров цепи. Это же замечание относится и к моменту инерции J, который должен учитывать все движущиеся массы, приведенные к валу двигателя.

Для их более точного определения существуют экспериментальные методы, основанные на анализе осциллограмм тока и скорости. Из всего многообразия методов, рассмотрим интегральный экспериментальный метод, связанный с определением площадей. Такой метод обладает повышенной помехоустойчивостью и позволит построить виртуальный аналог в пакете MatLab. Создав виртуальную модель двигателя и виртуальное устройство для определения постоянных времени, то есть математическую модель, можно отработать на данной модели последовательность действий натурного эксперимента.

Основы метода рассмотрим на объекте с передаточной функцией второго порядка

,

(5)

где     k, Т₁, Т₂ – параметры объекта, определяемые на основе переходных

процессов.

Коэффициент усиления kопределяется в установившемся режиме как отношение

,

(6)

где     Δх, Δy – приращения входного и выходного сигналов.

          Для определения коэффициентов при первой и второй производной передаточной функции (5) найдем преобразование Лапласа от выражения

,

(7)

где     y_УСТ,  y_Т – установившееся и текущей значение выходного сигнала.

          Представим е^-рt рядом Тейлора и, приравнивая левые и правые части выражения (7) при одинаковых степенях р, получим

,

(8)

Из (8) имеем

,	(9)
.	(10)

          Если исследуемое звено содержит одну постоянную времени, то она определяется по выражению (9), а если две, то по выражениям (9) и (10).

          Рассмотрим применение данного метода к определению параметров ДПТ. Рассмотрим дифференциальное уравнение, связывающее изменение угловой скорости при ступенчатом приложении напряжения:

, , .

(11) (12) (13)

Интегрируя уравнение (11) от 0 до ∞, получим:

.

(14)

Учитывая начальные условия (12), из (14) находим:

.

(15)

Электромагнитная постоянная времени Т_Э может быть определена несколькими методами. Наиболее простой – это обработка переходной функции (изменение тока) на неподвижном (заторможенном) ДПТ. В этом случае Т_М =0 переходные процессы в двигателе описываются дифференциальным уравнением первого порядка

.

(16)

          Для этого при эксперименте следует отключить обмотку возбуждения и наложить тормоз на вал двигателя для исключения резкого роста оборотов за счет сохранения остаточного намагничивания, связанного с гистерезисом. Обработав изменение тока во времени, определяют Т_Э известными методами, например, методом площадей.

          При определении Т_Э следует учитывать два обстоятельства, вносящие ошибку при определении постоянной:

- двигатель получает напряжение от тиристорного преобразователя, который вносит запаздывание, которое не учтено в выражении (11);

- при возрастании тока якоря в начальный период наблюдается нестационарный режим (режим прерывистых токов).

          Учитывая это, Т_Э следует определять на участке, обеспечивающем стационарность процесса по выражению

,

(17)

где     t₁ , t₂ – время включения и отключения интегратора;

          I₁, I₂ – токи, соответствующие началу и концу рабочего участка.

          Выражение (12) отличается от (9) и требует в устройство для определения Т_Э ввода двух пороговых блока. При достижении тока уставки I₁ (соответствующий началу рабочего участка) включается интегратор, и при достижении I₂ (соответствующий концу рабочего участка), интегратор выключается.

          Можно определить Т_Э и на вращающемся двигателе. Метод более оптимален, так как на заторможенном двигателе за счет остаточного намагничивания существует опасность запуска двигателя с обесточенной обмоткой возбуждения.