Лабораторная работа №7 «Моделирование двигателя постоянного тока»
1. Цель и задачи работы
Исследование двигателя постоянного тока с различными типами возбуждения. Моделирование двигателя постоянного тока с различными типами возбуждения.
2. Основные теоретические положения
Рис. 1. ДПТ с независимым возбуждением.
На рис. 1 схематически показан двигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Уравнения, которыми описываются электромагнитные и электромеханические процессы в этом двигателе имеют вид:
(1)
В уравнениях (1) индексом «В» отмечены переменные и параметры, относящиеся к обмотке возбуждения, индексом «Я» - переменные и параметры, относящиеся к якорю, коэффициенты kФ, kЕ, kM, являются конструктивными постоянными.
Приведем уравнения (1) к безразмерному виду, приняв в качестве базовых единиц номинальные значения переменных двигателя:
(2)
где:
– относительные
переменные состояния двигателя,
-
параметры двигателя.
Уравнения (2) могут быть представлены в операторной форме
(3).
В
двигателе постоянного тока с параллельным
возбуждением обмотка возбуждения
включена параллельно якорю (рис. 2). В
этом случае
,
и имеем:
(4)
Рис. 2. ДПТ с параллельным возбуждением
На рис. 3 схематически показан двигатель постоянного тока с последовательным возбуждением. Уравнения, описывающие работу двигателя, имеют вид:
(5)
Рис. 3. ДПТ с последовательным возбуждением.
Введением базовых значений переменных
уравнения (1) приводятся к безразмерному виду:
(6)
где:
-
параметры двигателя.
Представим уравнения (6) в операторном виде:
(7)
3. Объект и средства исследования
Персональный IBM PC совместимый компьютер;
Пакет Matlab;
4. Задание на работу
Построить механическую характеристику двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
5. Порядок проведения работы
Перед работой следует:
Включить компьютер;
Войти в локальную сеть со своим зарегистрированным именем и паролем;
Запустить пакет Matlab;
1. Запустить приложение Matlab Simulink. Создать новый документ Simulink, выбрав пункт меню «Файл/Новый».
2. Настроить параметры симуляции.
2.1. Выбрать пункт меню «Симуляция/Параметры».
2.2. Задать время моделирования – 15 с.
2.3. Задать максимальный шаг интегрирования – 0,001 с.
Рис. 4. Модель ДПТ с независимым возбуждением
3. Провести моделирование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.
3.1. Создать имитационную модель, приведенную на рис. 4.
3.2. Задать параметры блоков «Step»:
Напряжение на обмотке возбуждения (Uв):
момент скачка – 5; начальное значение – 1; конечное значение – 0,5.
Напряжение на обмотке якоря (Uа):
момент скачка – 2; начальное значение – 0; конечное значение – 0,7.
Момент нагрузки (Мн):
момент скачка – 5; начальное значение – 0; конечное значение – 0,2.
Начальные значения «Интеграторов» – 0.
3.3. Провести симуляцию. Открыть «Осциллограф». Конечные значения угловой скорости (выходной сигнал) и приложенного момента (амплитуда Мн) свести в таблицу.
Таблица 1. Результаты моделирования
Ua=0,5 |
Ua=0,7 |
Ua=1 |
|||
Мн |
ω |
Мн |
ω |
Мн |
ω |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
… |
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
3.4. Изменяя конечное значение блока «Мн» Подобрать значение момента нагрузки, при котором угловая скорость примерно равна нулю. Значения момента и угловой скорости свести в таблицу.
3.5. Задать момент нагрузки, равный 0. Провести симуляцию. Значения момента и угловой скорости свести в таблицу.
3.6. Взять еще две точки, между моментом равным 0 и определенным в п.3.4. Провести симуляцию. Значения момента и угловой скорости свести в таблицу.
3.7. Повторить действия п.3.3-3.6, задав значение напряжение на обмотке якоря (Ua) равное 1. Результаты моделирования свести в таблицу.
3.8. Повторить действия п.3.3-3.6, задав значение напряжение на обмотке якоря (Ua) равное 0,5. Результаты моделирования свести в таблицу.
3.9. Построить графики изменения угловой скорости от момента нагрузки.
Рис. 5. Модель ДПТ с параллельным возбуждением
4. Провести моделирование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
4.1. Создать имитационную модель, приведенную на рис. 5.
4.2. Повторить действия п.3.2, задав блоку U значения Ua.
4.3. Повторить действия п.3.3-3.9, задав блоку U значения Ua.
Рис. 6. Модель ДПТ с последовательным возбуждением
5. Провести моделирование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
4.1. Создать имитационную модель, приведенную на рис. 6.
4.2. Повторить действия п.3.2, задав блоку U значения Ua.
4.3. Повторить действия п.3.3-3.9, задавая блоку U значения Ua.
6. Закрыть открытые документы. Закрыть приложение Simulink. Закрыть пакет Matlab.
6. Содержание отчета
По каждому пункту работы отчет должен содержать: схему модели двигателя постоянного тока, таблицу результатов моделирования и графики механических характеристик.
7. Контрольные вопросы
1. Из каких элементов состоит упрощенная принципиальная схема ДПТ?
2. Как осуществляется управление ДПТ с независимым возбуждением?
3. Как можно сравнить переходные процессы в двигателях с независимым возбуждением и с параллельным возбуждением по управлению?
4. Как можно сравнить переходные процессы в двигателях с независимым последовательным возбуждением?