Контрольная работа по дисциплине «Автоматизированный электропривод типовых производственных установок (тпу)» -

скачать (118.6 kb.)

Министерство образования и науки Республики Казахстан
южно-казахстанский университет им.м.ауЭзова
Кафедра «Энергетика и нетрадиционные энергетические системы»

Контрольная работа

по дисциплине

«Автоматизированный электропривод типовых производственных установок (ТПУ)»
Выполнил: студент группы ЗИП-20-4ру

Каримов Ш.К.

Принял: Овчинников В.А.

Шымкент, 2021

1. Исходные данные

таблица 1

Тип двигателя

Pн, кВт

К_u

К_ф

К_R

К_J

К_M

Uн, В

n_н, об/мин

КПД, %

Сопротивление обмоток, Ом

мГн

кг*м²

якоря

доп.полюсов

2ПФ132

11,0

0,5

0,7

2,0

1,8

220

3000

85,5

0,08

0,066

1,8

0,048

2. Принципиальная и структурная схема электрического двигателя

Рис.1 Схема электрическая принципиальная

Рис. 2. Структурная схема ЭД постоянного тока независимого возбуждения

3. Передаточные функции двигателя с расчётами их параметров

Потребляемые из сети:

мощность

Р= Р_н/ η_н= 11000 / 0,855 = 12865,5 Вт

номинальный ток

I_н= Р/ U_н= 12865,5 / 220 = 58,48 A, I_н = I_ян

Угловая скорость вращения якоря при номинальной нагрузке:

ω_н = 2n_н/ 60 =n_н/ 30= 3,14*000 / 30 = 314,1 рад/с

Момент, развиваемый двигателем при номинальной скорости вращения якоря:

М_н= Р_н/ ω_н= 11000 / 314,1 = 35 Н*м

Постоянный для данной машины конструктивный коэффициент:

с = М_н/I_ян= 35 / 58,48= 0,6 с*В/рад

Угловая скорость вращения якоря при идеальном холостом ходе:

ω₀ = U_н/ с = 220 / 0,6 = 366,7 рад/с

Противо-Э.Д.С., индуктируемая в обмотке якоря при номинальной скорости его вращения:

E_н = сω_н = 0,6*314,1 = 188,46 В

Сопротивление якорной цепи:

R_яц=R_я+R_дп+ R_ко, получаем

R_яц = R_я+R_дп+ R_ко =0,08+0,066+R_ко=0,539 Ом, R_ко=0,393 Ом

Приведённый к валу двигателя момент инерции механизма:

J_пр = K_J*J_дв = 1,8*0,048 = 0,0864 кг*м²

Суммарный момент инерции вращающихся масс, приведенный к валу двигателя:

J = J_дв + J_пр = 0,048 + 0,0864 = 0,1344 кг*м²

Коэффициенты передачи двигателя:

по управляющему напряжению

по возмущающему воздействию

Постоянные времени:

электромагнитная якорной цепи
Т_я = L_я_Σ/ R = 1,8 / (0,539*1000)(переводим мГн в Гн) = 0,003339 c
электромеханическая

Т_м = J*R/c²=J*K_дв = 0,1344*1,497 = 0,20119 с

Передаточные функции линейной модели двигателя, связывающие изменения скорости и тока с изменениями напряжения и момента нагрузки, равны соответственно:

Полученные результаты вычислений занесем в таблицу 2.

Параметры ЭД постоянного тока независимого возбуждения

при номинальном режиме работы

таблица 2

Номинальный ток	I_н= 58,48 А
Номинальный момент	М_н = 35 Нм*
Постоянная ЭД постоянного тока независимого возбуждения	с = 0,6 сВ/рад*
Скорость вращения идеального холостого хода	ω₀ = 366,7 рад/с
Коэфф. передачи по управляющ. напряжению
Коэфф. передачи по возмущающ. воздействию
Электромагнитная постоянная цепи якоря	Т_я = 0,003339 с
Электромеханическая постоянная двигателя	Т_м = 0,20119 с

4. Расчётные и экспериментальные механические и

регулировочные характеристики

Механическая характеристика двигателя при номинальном напряжении (U=U_H) и номинальном потоке Ф_в,=Ф_вн, а так же при отсутствии добавочных сопротивлений в цепи якоря называется естественной (на графике данному режиму соответствует функция ω(M)). Характеристики, полученные варьированием U_1,Ф_В, r_добискусственными.

Механическая характеристика двигателя постоянного тока описывается уравнением:

При введении добавочного сопротивления r_доб скорость вращения якоря двигателя при холостом ходе не изменяется, но происходит снижение жесткости механической характеристики. При номинальном моменте:

На графике данному режиму соответствует функция ωR(M).

Уменьшение потока возбуждения приводит к увеличению скорости идеального холостого хода и уменьшению пускового момента М_п, ток короткого замыкания при этом не изменяется. При ослабленном потоке и том же вращающем моменте М_н ток в цепи якоря возрастёт:

Противо-Э.Д.С., индуктируемая в обмотке якоря при ослабленном потоке уменьшиться:

Е_Ф = U_н – R*I_яФ = 220 – 44,91 = 175,09 В.

Скорость вращения якоря двигателя, работающего при ослабленном потоке в режиме холостого хода:

На графике данному режиму соответствует функция ωФ(M).

При изменении напряжения пропорционально изменяется скорость идеального холостого хода, а жесткость механических характеристик остается постоянной. Скорость вращения якоря двигателя, работающего при пониженном напряжении и номинальном моменте:

при холостом ходе:

На графике данному режиму соответствует функция ωU(M).

Механические характеристики (естественные и искусственные) ω = f (M)

Регулируя момент сопротивления в формуле:

мы видим, что при М_с=0, т.е. при холостом ходе двигателя (на графике данному режиму соответствует функция ωМс1(U)), с увеличением напряжения обороты двигателя возрастают. При приложении к валу двигателя момента М_с=1,8М_н (на графике данному режиму соответствует функция ωМс2(U)), двигатель находится в тормозном режиме ( , М_с>0), двигатель переходит в режим работы генератора последовательно с сетью (противовключение), до напряжения подаваемого на двигатель:

график располагается ниже графика холостого хода на величину ∆ω. При равных напряжениях получаем:

∆ω=ωМс1(U)- ωМс2(U)=
Регулировочные характеристики ω = f (U)

Частотные характеристики и формулы для их расчёта

W(jω), равная отношению выходного сигнала к входному при изменении входного сигнала по гармоническому закону, называется частотной передаточной функцией. Она может быть получена путем простой замены p на jω в выражении W(p).

W(jω) есть комплексная функция, поэтому:

где P( ) - вещественная ЧХ (ВЧХ); Q( ) - мнимая ЧХ (МЧХ); - амплитудная ЧХ (АЧХ): ( ) - фазовая ЧХ (ФЧХ).

Для нашей передаточной функции по управляющему воздействию:

где - постоянная времени и - коэффициент демпфирования,

после замены p на jω получаем:

делаем преобразование, умножаем числитель и знаменатель на сопряженную знаменателю комплексную величину:

т.е. , а

по полученным данным строим АФЧХ:

Логарифмическая амплитудная ЧХ (ЛАЧХ) L( ) и логарифмическая фазовая ЧХ (ЛФЧХ) ( ) получаются путем логарифмирования передаточной функции:

ЛАЧХ получают из первого слагаемого, которое из соображений масштабирования умножается на 20, и используют не натуральный логарифм, а десятичный, то есть L( )= 20lgA( ) Величина L( ) откладывается по оси ординат в децибелах.

По оси абсцисс откладывается частота ω в логарифмическом масштабе. То есть единичным промежуткам по оси абсцисс соответствует изменение ω в 10 раз. Такой интервал называется декадой. Так как lg(0) = - , то ось ординат проводят произвольно.

Для ЛАЧХ получаем:

ЛАЧХ

ЛФЧХ, получаемая из второго слагаемого, отличается от ФЧХ только масштабом по оси . Величина ( ) откладывается по оси ординат в градусах или радианах.

ЛФЧХ

Частотные характеристики для параметров в соответствии с таблицей 1
Повышение сопротивления.

При введении добавочного сопротивления изменяются постоянные времени, то есть инерционность системы:

Т_м_R = J*2*R/c²=2*J*K_дв =2* 0,1344*1,497 = 0,40238 с,

Также имеет место повышение фазного сдвига системы по сравнению с исходным. На графике ЛАЧХ данному режиму соответствует функция Lr(ω), ЛФЧХ - функция фr(ω).

Уменьшение магнитного потока.

При ослаблении поля посредством уменьшения магнитного потока увеличиваются коэффициент усиления

и увеличивается электромеханическая постоянная времени, что повышает соответствующую инерционность системы:

Т_м = J*R/(0,7*c)²= 0,1344*0,539/0,42²=1,497 = 0,41 с

На графике ЛАЧХ данному режиму соответствует функция LF(ω), ЛФЧХ - функция фF(ω).

На ЛАЧХ для обоих способов изменения параметров (сопротивления и магнитного потока) наблюдается уменьшение быстродействия системы по сравнению с исходным состоянием.

Графики ЛАЧХ и ЛФЧХ для данных режимов приведены ниже.

ЛАЧХ

ЛФЧХ

При изменении напряжения и момента сопротивления частотные характеристики не изменяются, т. к. это не влияет на постоянные времени.

6. Графики динамических характеристик электродвигателя для

номинальных значений и значений в соответствии с табл. 1

Переходные характеристики изменения скорости и тока при нормальных параметрах ДПТ
Современное решение уравнений:

приводит к дифференциальному уравнению второго порядка:

Где ω_с- скорость, соответствующая по механической характеристике статическому моменту М_с.

Так как в нашем случае Т_м>4Т_я , то корни уравнения характеристического уравнения:

вещественные и отрицательные:

При скачкообразном изменении напряжения якоря переходный процесс носит апериодический характер:

Изменение тока для действительных корней:

где I_кз =U_я/r- ток короткого замыкания (ток, который протекает через неподвижный двигатель), I_с – статический ток при номинальном режиме работы двигателя.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.:- Энергоатомиздат, 1985-560с.

Лебединский Б.П. Расчет статических и динамических характеристик электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения: Методические указания. - Курган: КГУ, 1996.

Михайлов О.П.Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: Учебник для вузов.- М.:Машиностроение, 1990-304с.

Онищенко Г.Б. Электрический привод. Учебник для вузов – М.: РАСХН. 2003.-320 с., ил.

Скачать файл (118.6 kb.)

Контрольная работа по дисциплине «Автоматизированный электропривод типовых производственных установок (тпу)» - файл