Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Исследование машины постоянного тока с последовательным возбуждением - файл 1.doc


Исследование машины постоянного тока с последовательным возбуждением
скачать (681.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc682kb.03.12.2011 11:20скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

Уфимский государственный авиационный технический университет



Кафедра АТП


% / нед

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

100































90































80































70































60































50































40































30































20































10































^

Исследование машины постоянного тока с последовательным возбуждением





Пояснительная записка
к курсовой работе по дисциплине Электромеханические системы

Группа АТП

Фамилия И.О.

Подпись

Дата

Оценка


Студент













Консультант

Коуров Г. Н.










Принял

Коуров Г. Н.












Уфа 200?
Ф
лист задания (лицевая)
едеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования

«Уфимский государственный авиационный технический университет»


АТП

Кафедра ____________
З
«Электромеханические системы»
АДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине ________________________________

Студент _______________ Группа _____________


Коуров Г. Н.

Консультант ______________
1
«Исследование машины постоянного тока с последовательным возбуждением»
. Тема курсовой работы

____________________________________________________________________

2
Введение
. Основное содержание:______________________________________________ ____________________________________________________

_
1 Краткие теоретические сведения о машинах постоянного тока
___________________________________________________________________

_
2 Модель для исследования машин постоянного тока
___________________________________________________________________

________________________________________________________________

3. Требования к оформлению

3
ГОСТ____________________________
.1. Пояснительная записка должна быть оформлена в редакторе Microsoft Word в соответствии с требованиями _____________________________________________________________

3
1 Расчеты c приведением формул
.2. В пояснительной записке должны содержаться следующие разделы:

_
2 Механические характеристики w=f(M)

3 Рабочие характеристики w, I, M,

Выводы

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3
Графики механических и рабочих
.3. Графическая часть должна содержать:__________________________________ характеристик машины постоянного тока с последовательным в возбуждением

_


__________________________________________________________________________________________________________________________________________
4
машины. В 2-х ч. М.: Высшая школа, 1988.

. Литература: 1. Брускин Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические _____________________________________________________________

_
2.Герман-Галкин С. Г., Кардонов Г. А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК.- СПб.: КОРОНА принт,2003. – 256 стр., ил.


Лабораторные работы на ПК.- СПб.: КОРОНА принт,2003. – 256 стр., ил.


3.Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа; Логос; 2000. – 607 стр.


М.: Высшая школа; Логос; 2000. – 607 стр.


____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________


Дата выдачи _____________ Дата окончания _____________

Р
подпись
уководитель ___________________




Содержание:

Введение……………………………………………………………………… 4

1 Краткие теоретические сведения о машинах постоянного тока 4

2 Модель для исследования машин постоянного тока с последовательным

возбуждением и описание ее блоков……………………………………… 7

3 Параметры машины……………………………………………………… 7

4 Параметры источника питания…………………………………………… 8

5 Параметры моделирования………………………………………………… 8

6 Расчеты……………………………………………………………………….9

7 Механические характеристики w=f(M)………………………………… .10

8 Рабочие характеристики w, I, M, …………………… ……… 11

Заключение…………………………………………………………………… 14

Список литературы…………………………………………………………….15

































Изм

Лист


№ докум.

Подп
Дата

Разраб.







Исследование машины постоянного тока с последовательным возбуждением

Лит.

Лист

Листов

Пров.






















Т. контр.









^

УГАТУ гр. АТП


Н. контр.










Утв.










Введение
Курсовая работа состоит в исследовании машины постоянного тока с последовательным возбуждением с использованием модели виртуальной машины, составленное с помощью программы Matlab. Для угловой характеристики необходимо вычислить значения момента (Н*м) и угла (град.). Рабочие характеристики машины постоянного тока представляют собой зависимости момента M, скорости вращения n, тока якоря I и коэффициента полезного действия от выходной мощности машины P. При снятии характеристик последовательно задаемся значениями момента в заданном интервале с шагом 10 Н*м. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется определенная таблица измеренных и рассчитанных значений.

Цель курсовой работы – исследование машины постоянного тока при работе в двигательном режиме.

Основная задача курсовой работы – снятие механических и расчет рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы.


  1. Краткие теоретические сведения о машинах постоянного тока


Электрической машиной постоянного тока принято считать машину, которая генерирует в сеть или потребляет из нее постоянный ток. Работа машин постоянного тока, как и машин переменного тока, основана на законе электромагнитной индукции. Устройство машин постоянного тока подобно устройству обращенной синхронной машины, у которых неподвижная часть – индуктор – создает основной магнитный поток Ф, а в находящемся внутри якоре происходит процесс электромеханического преобразования энергии: электрическую в механическую (двигатель) или обратно – механическую в электрическую (генератор).

Электромагнитная схема машины постоянного тока приведена на рис. 1.

Индуктор состоит из главных полюсов (ГП), станины (ярмо) и дополнительных полюсов (ДП) (в микромашинах они, как правило, отсутствуют). Главные полюса создают основной магнитный поток в машине, для чего на них устанавливаются либо постоянные магниты (электрические машины с магнитоэлектрическим возбуждением) либо катушки возбуждения, токи которых обеспечивают требуемое значение основного магнитного потока машины. Число главных полюсов всегда четное, причем северные и южные полюса чередуются, что достигается соответствующим соединением катушек возбуждения отдельных полюсов. Мощность, потребляемая цепями возбуждения, составляет примерно 0,5 – 3,0% от номинальной мощности машины постоянного тока. Причем с увеличением мощности машины относительная величина потерь мощности на возбуждение падает. Сердечники полюсов изготовлены в виде пакета из листов электротехнической стали толщиной 0,5 – 1,0 мм. Если машина не является универсальной, т. е. магнитный поток не изменяется ни во времени, ни в пространстве, то в шихтовке ферромагнитного сердечника нет необходимости, т. к. активных потерь в сердечнике в этом случае, очевидно, нет. Крепление главных полюсов к ярму осуществляется с помощью болтов.



















Лист
















4

Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата






Рис. 1 – Электромагнитная схема машины постоянного тока
Так как машина постоянного тока является, по существу, электромеханическим преобразователем одного вида энергии в другой и работает на основании электромагнитной индукции, очевидно, необходимо чтобы хотя бы по части ее обмоток протекал переменный ток. В машине постоянного тока эту функцию выполняет якорная обмотка, которая уложена в пазы сердечника якоря, изготовленного в виде пакета из листов электротехнической стали.

Для получения переменного тока в обмотке якоря на валу машины устанавливается механический коммутатор – коллекторно-щеточный узел. Якорная обмотка соединяется с коллектором, который представляет собой набор медных пластин толщиной 3 -15 мм, изолированных друг от друга непроводящими ток прокладками толщиной 1 мм. В маломощных машинах постоянного тока коллекторные пластины запрессовываются в пластмассу. Для подвода (и отвода) тока к коллектору используются щетки.

Одноякорные машины постоянного тока изготавливаются мощностью до 10000 кВт и напряжением до 1000 В. При необходимости обеспечить на выходном валу большую величину мощности строятся двух-, трех- и четырехъякорные.

При вращении якоря в неподвижном магнитном поле со скоростью n в секциях его обмотки наводится ЭДС, частота изменения которой определяется выражением





















Лист
















5

Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




К
Пв Пэл Пмг Пмех Пд
оллектор преобразует переменную ЭДС, индуктированную в последовательно соединенных секциях якорной обмотки, в постоянную ЭДС Е между коллекторными щетками. Посредством этих щеток вращающаяся обмотка якоря соединяется с внешней цепью постоянного тока. Между диаметрально расположенными щетками действует переменное напряжение, вектор которого не изменяется во времени и равен для верхней и нижней ветвей якорной обмотке величине Е. Для уменьшения пульсации ЭДС при переходе щеток с одной коллекторной пластины на другую в каждую параллельную ветвь обмотки якоря обычно включается не менее 16 активных проводников.

Классификация двигателей та же, что и генераторы. Различаются двигатели постоянного тока: независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

С независимым возбуждением выполняются мощные двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. По своим характеристикам они ничем не отличаются от двигателей с параллельным возбуждением.

Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока изображена на рис. 2.





Рис. 2 – Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока
Входная мощность , передаваемая двигателю из электрической цепи, определяется выражением:
,
Часть этой мощности расходуется на покрытие потерь в обмотке возбуждения и в цепи якоря . Оставшаяся часть, равная электромагнитной мощности за вычетом магнитных потерь , потерь на трение подшипниках и вентиляцию и дополнительных потерь, обеспечивает на валу машины постоянного тока на выходную мощность .



















Лист
















6

Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




2 Модель для исследования машины постоянного тока с последовательным возбуждением и описание ее блоков
Схема модели виртуальной машины, составленная с помощью программы Matlab, изображена на рис. 3.

Рис. 3 – Модель для исследования машины постоянного тока с последовательным возбуждением
Схема включает источник постоянного напряжения V для питания машины (из библиотеки Power System Blockset / Electrical Sources), блок Step (из библиотеки Simulink / Sources) для задания вращающего момента на валу машины и снятия ее динамических характеристик, исследуемую машину постоянного тока с последовательным возбуждением (из библиотеки Power System Blockset / Machines / DC Machines), прибор для измерения переменных состояния машины Display (из библиотеки Simulink / Sinks), блок Demux разделяющий входной вектор на его составляющие (из библиотеки Simulink / Signals&Systems) и прибор для визуального наблюдения токов и напряжений, а также кривых переходных процессов изменений скорости и момента исследуемой машины Scope (из библиотеки Simulink / Sinks).
3 Параметры машины
Исходные данные для исследуемой модели машины постоянного тока:

  • сопротивление обмотки якоря – 0,37 Ом;

  • индуктивность обмотки якоря - 0,009 Гн;

  • сопротивление обмотки возбуждения - 5,31 Ом;

  • индуктивность обмотки якоря -0,01 Гн;

  • взаимная индуктивность - 0,115 Гн;

  • момент инерции J – 0,001;

  • угловая скорость – 400 рад/с.




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата






Рис. 4 – Окно настройки параметров машины
4 Параметры источника питания
Источник питания имеет только один параметр: амплитуда источника – 660 В. Напряжение источника должна соответствовать параметрам машины.



Рис. 5 – Окно настройки параметров источника питания
5 Параметры моделирования
Время расчета - 0÷1с.

Способ моделирования – переменный.

Метод расчета (для непрерывных систем) – ode23tb (stiff/TR-BDF2).

При выборе способа моделирования «Переменные» в области появляются поля установки трех параметров:

  • Max step size – максимальный шаг расчета;

  • Min step size – минимальный шаг расчета;

  • Initial step size – начальное значение шага моделирования.

При моделировании непрерывных систем с использованием переменного шага необходимо указать точность вычислений: относительную (Relative tolerance) и абсолютную (Absolute tolerance).



















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата






Рис. 6 – Окно задания параметров настройки
6 Расчеты
При снятии характеристик в окне настройки блока Moment последовательно задаются значения момента от 5 Н*м до 100 Н*м с шагом 10 Н*м. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица №1 измеренных и рассчитанных значений.
Таблица №1

frame32

На вход TL блока DC Machine подается момент нагрузки (рис. 3), выход m предназначен для измерения и наблюдения переменных состояния машины в следующей последовательности: угловая скорость (рад/с), ток якоря (А), ток возбуждения (А), электромагнитный момент (Н*м), значения которых представлены таблицей №1.

Расчет осуществляется по выражениям:
(1)




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




; (2)
. (3)
Для момента М=5 Н*м

Таким образом, рассчитываются мощности и КПД для других значений моментов.
7 Механические характеристики машины w=f(M)
В двигателе с последовательным возбуждением поток и момент зависят от тока якоря. Поэтому механические характеристики машины определяются выражением:
(4)
Форма этих характеристик при малых нагрузках имеет гиперболический характер, что говорит о необходимости исключения такого режима работы машины.

У двигателей независимого (параллельного) возбуждения M~, а у двигателей последовательного возбуждения приблизительно M~. Поэтому последние при пуске развивают значительно больший момент. Если скорость первых можно считать не зависящей от момента w=const, то скорость вторых зависит от него, примерно, в соответствии с выражением
.
При изменении момента нагрузки в широких пределах диапазон изменения мощности у двигателей с последовательным возбуждением значительно меньше, что и обусловило их широкое использование в тяговом электроприводе.

Так как рассчитать механические характеристики последовательного возбуждения, в связи с нелинейностью кривой намагничивания машины, весьма затруднительно, в каталогах приводятся естественные характеристики w=f() и M=f().



















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




Используя полученные значения угловой скорости и момента (таблица №1), построим механическую характеристику машины w=f(M).

Рис. 7 – Механическая характеристика w=f(M)
8 Рабочие характеристики w, I, M,
Рабочие характеристики двигателя постоянного тока представляют собой зависимости момента M, скорости вращения w, тока якоря и коэффициента полезного действия η от выходной мощности двигателя . Используя значения таблицы №1, построим рабочие характеристики двигателя.


Рис. 8 – Рабочая характеристика w=f(P2)




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата







Рис. 9 – Рабочая характеристика I=f(P2)

Рис. 10 – Рабочая характеристика M=f(P2)
Из рис. 9 и 10 видно, что с увеличением нагрузки на валу двигателя

растет момент M на его валу, а также растет ток якоря I.




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата





Рис. 11 – Рабочая характеристика P1=f(P2)


Рис. 12 – Рабочая характеристика η=f(P2)
Из рис. 11 видно, что увеличение нагрузки приводит к росту мощности,

забираемой из сети.




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




Заключение
В курсовой работе я рассмотрел принцип действия и конструкцию машин постоянного тока, в соответствии с виртуальной моделью машины построил механические и рабочие характеристики при ее работе в двигательном режиме.

После построения и изучения характеристик я определил, что двигатель последовательного возбуждения имеет удобную для транспортных установок механическую характеристику, когда с уменьшением частоты вращения растет момент. В двигателях последовательного возбуждения ток возбуждения равен току якоря.

Двигатели последовательного возбуждения из-за особенностей своей механической характеристики не могут применяться в электроприводах, в которых возможно уменьшение момента сопротивления до нуля, что приведет к уменьшению тока в якоре и снижению потока, и двигатель пойдет вразнос. При этом увеличится частота вращения и машина может выйти из строя.

При изучении рабочих характеристик определил, что с увеличением нагрузки на валу двигателя растет момент на валу двигателя M, а частота вращения немного падает. Увеличение нагрузки приводит к росту мощности , забираемой из сети, и росту тока якоря .




















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата




Список литературы


  1. Брускин Д. Э., Зорохович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины. В 2-х ч. М.: Высшая школа, 1988.

  2. Герман-Галкин С. Г., Кардонов Г. А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК.- СПб.: КОРОНА принт,2003. – 256 стр., ил.

3. Копылов И. П. Электрические машины: Учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа; Логос; 2000. – 607 стр.



















Лист


















Изм

Лист


№ докум.

Подп

Дата



Скачать файл (681.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации