Анализ задания на курсовой проект (работу) Пример выполнения самостоятельной работы

Курс лекций по электротехнике

Автоматизация управления двигателем постоянного тока

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТОВ

В исходных данных (табл.1) указаны следующие основные технические данные согласно [1,2]. Индуктивность якорной обмотки определена  по ориентировочной формуле.

1. Р2Н - номинальная мощность на валу двигателя (кВт).

2. UН - номинальное напряжение (В).

3. IЯН - номинальный ток якоря (А).

4. nН - номинальная частота вращения (об/мин).

5. R - сопротивление обмотки якоря (Ом).

6. L - индуктивность обмотки якоря (Гн).

7. J - момент инерции якоря (кг.м2).

Кроме того, для выполнения курсовой работы указывается:

1. Отношение момента сопротивления нагрузки  к номинальному на валу двигателя а (%).

2. Тип схемы управления: Т, С, В - соответственно управление в тока, скорости, времени.

Предполагается, что момент сопротивления нагрузки представляет собой момент сухого трения, т.е. не зависит от величины частоты вращения и изменяет свой знак при изменении направления вращения.

При расчетах и дальнейшем анализе разработанной системы управления используется математическая модель ДПТ в форме:

  (1)

где  - индуктивность якоря;  - ток якоря;   - активное сопротивление цепи якоря;  - дополнительное сопротивление, включенное в цепь якоря;  - угловая скорость якоря;   - приведенный момент инерции якоря;  - момент трения в коллекторе и подшипниках;  - момент нагрузки; - единый электромагнитный коэффициент, определяемый конструкцией данного двигателя; U – питающее напряжение.

Моменты трения с достаточной точностью можно считать изменяющимся по закону:

  (3)

Момент нагрузки, в принципе может изменяться по любому закону, но в данном случае этот закон примем в виде:

  (2)

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОМИНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

По исходным данным определяют ряд величин, которые используются в дальнейшем расчете:

Номинальная частота вращения в системе СИ

=nH .

Единый электромагнитный коэффициент

эм =

3. Номинальный электромагнитный момент

Мн = kЭМIЯН

4. Номинальный момент на валу двигателя

М2Н =

5. Момент потерь

М0 = МТ= МН - М2Н 

6. Полный момент сопротивления

Мс =МТ+МНГ=  

7. Ток якоря, соответствующий моменту сопротивления Мс

 =  

8. Частота вращения двигателя при токе

 

3. РАСЧЕТ ЧИСЛА СТУПЕНЕЙ ПУСКА

На рис. 1 представлена часть принципиальной электрической схемы пуска и динамического торможения двигателя постоянного тока, а на рис. 2 - его скоростные характеристики.

В рассматриваемом примере число пусковых резисторов т равно двум. В общем случае число пусковых резисторов может быть как больше, так и меньше двух, например, 1, 2, 3, 4, 5 и т.д. Эта величина определяется максимальным и минимальным токами (I1, I 2) при замыкании накоротко пусковых резисторов. Согласно [3]:

I1=IЯН  (1)

I2=Iс (2)

Расчет числа пусковых резисторов (числа ступеней) может быть выполнен графоаналитически или аналитически

При аналитическом расчете число ступеней m определяется соотношением [3]:

m = (lnIn/I1)/(lnI1/I2),

где In - величина максимального пускового тока при отсутствии добавочных резисторов

  (3)

Величина m должна быть целым числом. Для достижения этого рекомендуется сначала принять средние значения I1 и I 2 и определить при этих значениях m. Далее найденное значение m округляется до ближайшего целого числа, после чего уточняется ток I1

I1 = еа, (4)

а =   (5)

Рис. 1. Часть принципиальной электрической схемы

пуска и динамического торможения двигателя постоянного тока

Рис. 2. Скоростные характеристики двигателя постоянного тока

Возможен и другой алгоритм выбора числа ступеней, при котором задаются рядом значений m (m= 1,2,3...) и по формулам (4), (5) определяют ток I1. Останавливаются на том минимальном значении m, при котором выполняется равенство (1). Именно этот алгоритм выбора числа ступеней программу ЭВМ и должен быть использован при выполнении курсовой работы "вручную".

 Рассмотренный ранее подход к расчету дополнительных резисторов имеет право на существование. Однако, опыт показал, что он не является удачным, так как в результате максимальные пусковые токи на каждом из этапов пуска различаются в несколько раз. А ведь с точки зрения равномерности нагрузки сети и благоприятного режима работы ДПТ было бы рационально иметь на каждом из этапов пуска равные максимальные пусковые токи. Попробуем реализовать такой подход.

Для естественной характеристики (нулевая ступень) полное сопротивление якорной цепи Rяо равно сопротивлению якорной обмотки R

Расчет переходных процессов на ЭВМ отличается от расчета "вручную" тем, что здесь решаются не  упрощенные, а полные дифференциальные уравнения с учетом индуктивности обмотки якоря, определяющие изменения i2 и ,

Управляемый разгон двигателя постоянного ток В работе рассматривался автоматизированный пуск двигателя постоянного тока при условии ограничения тока якоря. Исходя из упрощенной модели процесса было рассчитано сопротивление пусковых резисторов, время этапов пуска и угловые скорости якоря на соответствующих этапах. Результаты расчетов были проверены математическим моделированием, исходя из более полной модели объекта. Разработана принципиальная электрическая схема системы автоматического управления пуском.

Номинальная угловая скорость вращения

При упрощенном расчете будем использовать упрощенную математическую модель переходного процесса, в которой предполагается, что электромагнитные переходные процессы быстро заканчиваются и не влияют на электромеханический


Номинальные режимы работы электродвигателей