Расчетная работа № 9. Исследование электромеханических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в среде matlab.

Цель работы: изучение моделирования статических и динамических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в среде MATLAB.

9.1. Модель двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (рис.9.1), описывается следующей системой дифференциальных и алгебраических уравнений в абсолютных единицах:

Рис 9.1

; (1)

; (2)

; (3)

, (4)

где,

u - напряжение на якорной обмотке двигателя;

e - электродвижущая сила (ЭДС) якоря;

i - ток якоря;

Ф - поток, создаваемый обмоткой возбуждения;

C - электромагнитный момент двигателя;

C_r - момент сопротивления движению;

- частота вращения вала двигателя;

R_ind - активное сопротивление якорной цепи;

L_ind - индуктивность якорной цепи;

J - суммарный момент инерции якоря и нагрузки, приведенный к валу двигателя;

c_e - коэффициент связи между скоростью и ЭДС.

С точки зрения будущей модели, входными воздействиями являются напряжения якоря u и момент сопротивления движению С_r; выходными переменными - электромагнитный момент двигателя C и скорость вращения вала двигателя , а переменными состояния - переменные стоящие под знаком производной (ток якоря i и частота вращения вала двигателя ). Остальные переменные, входящие в состав уравнений (1) - (4) являются параметрами, численные значения которых, необходимо будет задавать при проведении моделирования.

Схема модели, а также графики электромагнитного момента и частоты вращения при прямом пуске двигателя показаны на рис.9.2. В примере приняты следующие значения параметров двигателя (в единицах СИ): L_ind=0.001, R_ind=0.1, J=10, c_e=10, U=220. Наброс нагрузки производится в момент времени 0.2 с, величина момента нагрузки равна 2500 Нм.

Для создания SimPowerSystems модели (в дальнейшем SPS-модели) двигателя на базе управляемого источника тока можно воспользоваться общей схемой, приведенной на рис.9.3.

Выход датчика напряжения должен быть подключен к первому входу сумматора, а на управляющий вход источника тока должен быть подан сигнал пропорциональный току якоря двигателя. Схема блока SPS-модели двигателя, полная схема модели, а также графики тока якоря и частоты вращения вала показаны на рис.9.4.

Рис. 9.2

Рис. 9.3

Рис. 9.4

При работе с моделью двигателя следует иметь в виду, что она не является электротехнической в чистом виде, поскольку выходные сигналы электромагнитного момента и скорости являются обычными однонаправленными безразмерными сигналами Simulink.

9.2. Модель для исследования ДПТ.

Модель для исследования ДПТ, реализованная в MATLAB, приведена на рис. 9.5.

Рис. 9.5

Модели подсистемы 1 и 2 приведены на рис.9.6 и 9.7. Подсистема 1 описана выше. Подсистема 2 служит для изменения полярности напряжения приложенного к якорю ДПТ.

Рис. 9.6

Рис. 9.7

9.3. Моделирование механических характеристик.

Для построения механических характеристик виртуального двигателя необходимо собрать схему, представленную на рис. 9.8. Параметры устройств представлены на рис.9.9.

Следует иметь в виду, что для моделирования статической механической характеристики необходимо задать очень большой момент инерции двигателя, а момент нагрузки изменяйте по синусоидальному закону с низкой частотой (рис.9.9).

Для форматирования полученной характеристики в «XY-Graph» можно воспользоваться следующими командами:

set(0,'ShowHiddenHandles','On')

set(gcf,'menubar','figure')

Полученная механическая характеристика представлена на рис. 9.10.

Рис 9.8

Рис 9.9

Рис. 9.10

9.4. Задание к работе.

Построить модели, представленные на рис.9.5 и 9.8. Получить с помощью построенных моделей характеристики представленные 9.10 и 9.11.

9.5. Порядок выполнения работы.

1. Реализовать модель (рис.9.5) для исследования ДПТ. Параметры двигателя для модели даны в таблице.

2. Рассчитать пуск двигателя с последующим изменением частоты вращения (рис. 9.11)

3. Реализовать модель (рис.9.8) для исследования механических характеристик ДПТ. Параметры двигателя для модели пункта 1 и 3 должны быть одинаковыми.

4. Используя модель (рис.9.8) рассчитать механических характеристик ДПТ.

9.6.Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

• Модели для исследования ДПТ.

• Характеристики (рис. 9.10, рис. 9.11.

• Выводы.

Рис. 9.11

Параметры двигателей постоянного тока с независимым возбуждением

Таблица 9.1

Тип	Pн, кВт	nн, об/м	Iн, А	Rя+Rд.п Ом	Lя Гн	С	Uв.н., В	Jя, кг м2	Uн, В
П101	42,0	750	446,00	0,013		1,3	110	2,60	110
П21	1,50	3 000	9,00	1,99		1,2	220	0,042	220
П22	2,20	3 000	12,50	1,03		1,1	220	0,052	220
П31	3,20	3 000	17,50	0,642		1,0	220	0,09	220
П31	3,20	3 000	35,00	0,129		0,9	110	0,021	110
П32	4,50	3 000	24,30	0,352		1,3	220	0,029	220
П32	2,20	1 500	12,00	1,205		1,2	220	0,116	220
П32	4,50	3 000	48,50	0,266		1,1	110	0,025	110
П41	6,00	3 000	33,00	0,36		1,0	220	0,038	220
П42	4,50	1 500	25,40	0,78		0,9	220	0,18	220
П42	4,50	1 500	51,00	0,14		1,4	110	0,045	110
П42	8,00	3 000	87,00	0,035		1,3	110	0,045	110
П51	11,0	3 000	59,00	0,135		1,2	220	0,0875	220
П51	6,00	1 500,	33,20	0,472		1,3	220	0,35	220
П51	6,00	1 500	65,50	0,121		1,1	110	0,087	110
П51	3,20	1 000	18,30	1,051		1,0	220	0,35	220

9.7. Контрольные вопросы

1. В каких режимах может работать двигатель постоянного тока (ДПТ)?

2. Какая характеристика ДПТ называется механической?

3. Как можно изменить направление вращения ДПТ?

4. Какие способы торможения можно использовать для ДПТ?

5. Как изменяется частота вращения ДПТ при уменьшении напряжения подводимого к якорю?

6. Как изменяется частота вращения ДПТ при уменьшении тока возбуждения?

7. Какие параметры схемы (рис 9.1) влияют на время разгона ДПТ?