Лабораторная работа №2. Исследование динамики поршневого компрессора с приводным электродвигателем постоянного тока
(4 часа)
Цель работы: исследовать динамику машины поршневого компрессора с приводным электродвигателем постоянного тока при помощи пакета автоматизированного моделирования.
Теоретические сведения.
Приводной коллекторный электродвигатель постоянного тока имеет постоянные магниты для создания магнитного потока возбуждения и питается от сети напряжением 12 В. Одноцилиндровый поршневой воздушный компрессор может создавать давление сжатого воздуха до 0,3 - 0,5 МПа при подаче до 0,5 м3/час. Схема идеализированной модели такого машинного агрегата показана на рис. 1.
Рисунок 1 - Схема идеализированной модели поршневого воздушного компрессора с электроприводом.
При составлении математической модели системы будем считать, что клапан К1 (впускной) открывается при фиксированном перепаде давления между полостью цилиндра и окружающей средой, а клапан К2 - при постоянном избыточном давлении. Динамику наполнения полости камеры не учитываем.
Рассмотрим работу полностью статически уравновешенного компрессора с поршнем массой m1 и шатуном длиной l1. Условиями полной статической уравновешенности компрессора являются уравнения:
С целью возможного
уменьшения габаритных размеров
компрессора следует обеспечить выполнение
условия
.
Считая условно массы звеньев точечными можно определить суммарный момент инерции двигателя и компрессора:
2.
Система дифференциальных уравнений компрессора с электродвигателем имеет вид:
Данной системе дифференциальных уравнений соответствует структурная схема, показанная на рис. 2.
Коэффициенты электромеханического преобразования энергии можно определять по справочным данным электродвигателя по следующим формулам:
Рисунок 2 - Структурная схема математической модели воздушного компрессора с электродвигателем постоянного тока
Задание на работу.
Определить величины и размеры звеньев корректирующих масс для полной статической уравновешенности компрессора.
Провести моделирование процессов в компрессоре с электроприводом с использованием программных средств, зарегистрировать процессы изменения тока якоря электродвигателя, угла поворота и угловой скорости коленчатого вала, давления в цилиндре компрессора.
Исходные данные приведены в таблицах 1 и 2.
Таблица 1
|
№ двигателя |
Uа , В |
iаном , А |
Mном , Нм |
Ωном , c-1 |
Ra, Ом |
Jдв.пр. , кгм2 |
La , мГн |
|
1 |
12 |
4,5 |
0,03 |
314 |
0.25 |
0,00032 |
1,25 |
|
2 |
12 |
3,2 |
0,05 |
260 |
0,2 |
0,00055 |
0,5 |
|
3 |
12 |
6,5 |
0,12 |
500 |
0,18 |
0,001 |
0,9 |
|
4 |
12 |
8,0 |
0,3 |
260 |
0,15 |
0,0025 |
1,75 |
|
5 |
12 |
10,0 |
0,15 |
628 |
0,2 |
0,0015 |
0,65 |
Таблица 2
|
№ компр. |
S, м2 |
h, Нс/м |
m1, кг |
r1, м |
l1, м |
ΔP1, МПа |
ΔP2, МПа |
|
1 |
0,0001 |
0,01 |
0,028 |
0,008 |
0,04 |
0,005 |
0,30 |
|
2 |
0,0001 |
0,005 |
0,020 |
0,005 |
0,025 |
0,004 |
0,25 |
|
3 |
0,0002 |
0,008 |
0,036 |
0,008 |
0,032 |
0,01 |
0,35 |
|
4 |
0,0002 |
0,01 |
0,04 |
0,01 |
0,04 |
0,01 |
0,35 |
|
5 |
0,0003 |
0,02 |
0,06 |
0,006 |
0,024 |
0,05 |
0,3 |
При выполнении работы проверьте возможность реализации выбранного варианта (сочетания двигателя и компрессора), при необходимости предложите более правильное сочетание.
Оформление отчета.
Результаты моделирования – ток якоря электродвигателя, угол поворота и угловой скорости коленчатого вала, давление в цилиндре компрессора свести в таблицу 3 и представить в виде графиков изменения указанных параметров во времени.
Таблица 3
|
t, c |
Ia, A |
, рад |
Ω, с-1 |
Рр1, МПа |
Рр2, МПа |
Рр, МПа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|