Двигатель постоянного тока независимого возбуждения
Реферат
Курсовая работа содержит пояснительную записку на 22 листах формата A4, 8 рисунков, 2 таблицы.
Ключевые слова: двигатель постоянного тока независимого возбуждения, регулировочная характеристика, пусковая характеристика, разгонная пусковая характеристика, логико-командный регулятор.
Объектом разработки является логико-командный регулятор электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Цель работы
- разработать логико-командный
В результате
работы получили схему логико-
В проекте
поставлена задача разработки схемы
логико-командных регуляторов
Содержание
- Задание и исходные данные
- Теоретическая часть
- Схема и описание типовой структуры
- Уравнение вход-выход двигателя постоянного тока независимого возбуждения
- Технические характеристики исполнительного механизма
- Регулировочная характеристика
- Пусковая характеристика
- Разгонная пусковая характеристика двигателя w=f(t)
- Схема логико-командного регулятора
- Заключение
- Список используемой литературы
Задание
- В соответствии со своим вариантом из табл. 1 выбрать тип двигателя и выписа
ть его технические параметры. Используя паспортные данные двигателя, рассчитать коэффициенты уравнения «вход-выход».
- Построить графики технических
характеристик исполнительного механизма.
а) при rдоб=0, Uв=Uв ном и трех значений напряжения на якоре: Uя=Uя ном Uя=0,6Uя ном Uя=0,3Uя ном
б) при rдоб=0, Uя=Uя ном и трех значений напряжения на обмотке возбуждения Uв=0,6Uв ном , Uв=0,8Uв ном , Uв=1,2Uв ном
Все графики по п.п. а и б построить в одних осях координат; на каждом графике, указать точку, соответствующую значению момента нагрузки Мс=Мном ; определить скорость вращения якоря.
в) при Uя=Uя ном и Uв=Uв ном рассчитать значения добавочных сопротивлений rдоб в цепи якоря, чтобы скорость вращения якоря при номинальном моменте нагрузки Мс=Мя ном составила 75%, 50%, 25%, 0 от номинальной скорости. Построить графики w=f(M), на которых отложить точки соответствующие указанным значениям скорости.
г) В режиме динамического торможения при номинальном напряжении на обмотке возбуждения и двух значениях добавочного сопротивления rдоб = 0 и rдоб = 5 rоя ; Рассчитать время торможения двигателя от номинальной скорости до остановки при моменте сопротивления Мс=Мя ном и моменте инерции нагрузки Iнагр=0,75Iя.
- Построить графики регулировочных характеристик при rдоб = 0, Мс=Мяном и трех значений напряжения на обмотке возбуждения : Uв=0,8Uв ном ; Uв=Uв ном ; Uв=1,2Uв ном ;
- Рассчитать и построить пускову
ю характеристику(3-4 ступени), принимая момент сопротивления Мс =Мяном и коэффициент нагрузки l=4. Определить значение сопротивления пускового реостата.
- Рассчитать и построить разгонн
ую пусковую характеристику двигателя w=f(t), приняв LS = 2Lя; RS = (Rя+Rдн)*Kto + Rп.р.; IS = 1,75Iя; Mс = Mяном.
- Выбрать элементы пускорегулирующей аппаратуры. Разработать принципиальную схему ЛКР и привести её описание.
Исходные данные
Параметр |
Единицы измерения |
Значение |
Типоразмер двигателя М |
- |
33 |
Номинальная скорость - w н |
Об/мин |
2200 |
Напряжение - U н |
В |
110 |
Мощность Рн |
кВт |
2,1 |
Ток - I н |
А |
11,0 |
Момент - M н |
H*м |
9,1 |
Магнитный поток - Фн |
10-3вб |
3,83 |
КПД - hн |
% |
86,7 |
Максимальная скорость при ослаблении потока |
Об/мин |
4000 |
Момент инерции - J д |
кГ* м2 |
0,028 |
Сопротивление якоря при 15С - R оя |
Ом |
0,5 |
Число витков якоря - Wя |
витк |
368 |
Число витков обмотки возбуждения на полюс |
витк |
3000 |
Сопротивление обмотки возбуждения при 150С |
Ом |
760 |
Сопротивление добавочных полюсов при 15С -Rдп |
Ом |
0,264 |
Перегрузочная способность по току - |
- |
4 |
Температурный коэффициент – К t при tрасч=1300С |
- |
1,32 |
Число пар полюсов – P n |
- |
2 |
- расчетная величина индуктивности обмотки якоря.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
При построении механических и регулированных характеристик двигателя независимого возбуждения следует использовать уравнение «вход-выход» двигателя
где (в системе СИ);
р, N, 2а – соответственно число пар полюсов, общее число проводников обмотки якоря, число параллельных ветвей обмотки;
Uя - напряжение якоря;
Мд – вращающий электромагнитный момент;
Rяц - активное сопротивление якорной цепи, которое следует рассчитывать с учетом нагрева обмотки по формуле:
где Rд.п. – сопротивление дополнительных полюсов;
=1,32 температурный коэффициент приведения сопротивления к расчетной температуре:
Для построения пусковой механической характеристики двигателя независимого возбуждения определяют максимальное значение пускового момента, исходя из перегрузочной способности по току ( )
Минимальное значение пускового момента Мп min, подбирают так, чтобы пуск двигателя происходил в (3÷4) ступени (рис. 1. 1).
Рассчитывают сопротивление ступеней пускового реостата графо-
аналитическим методом (рис. 1. 1).
Определяют номинальное сопротивление двигателя
Этому сопротивлению соответствует отрезок ад на рисунке 1. 1.
Сопротивление ступеней
реостата определяют из
; ; ; .
Полное сопротивление пускового реостата:
Рис. 1. 1. Пусковые характеристики двигателя независимого возбуждения.
Рис. 1.
2. Зависимость момента
Зависимость момента и скорости от тока i якоря двигателя
последовательного возбуждения в относительных единицах:
Для линеаризованной зависимости между потоком и током якоря и неучете насыщения магнитной системы уравнения «вход-выход» двигателя последовательного возбуждения имеет вид:
По уравнению (1. 5) следует построить естественную механическую (ЕМ) и регулировочную характеристику двигателя последовательного возбуждения, которые дают лишь общее представление взаимосвязи между скоростью, моментом и напряжением.
Реальные естественную (ЕМ) и реостатную механические характеристики можно построить с помощью универсальных характеристик в относительных единицах, приведенных на рис. 1. 1 для заданных в табл. 2 типов двигателей, используя уравнение «вход-выход» в относительных единицах:
где
- значение скорости на
- сопротивление обмотки
- сопротивление реостата.
Механические характеристики в режиме динамического торможения построить для схемы с независимым возбуждением, включив обмотку возбуждения через добавочное сопротивление, величину которого следует рассчитать, при номинальном напряжении питания.
Пусковую механическую характеристику двигателя последовательного возбуждения следует строить – графо-аналитическим способом (рис. 1. 3). Число ступеней пускового реостата должно быть равно (3÷4). Максимальное значение пускового момента выбирают, исходя из допустимой перегрузочной способности двигателя:
Рис. 1. 3. Пусковые характеристики двигателя последовательного возбуждения.
Для момента по ЕМ характеристике находят скорость и откладывают т. g влево от оси ординат на расстоянии, равном в соответствии с выбранным масштабом внутреннему сопротивлению двигателя:
По оси абсцисс влево откладывают отрезок , соответствующий в том же масштабе сопротивлению
и проводят линию аg.
Задаваясь несколькими значениями минимального пускового момента
строят линию mh. Отрезок 0m в масштабе равен сопротивлению
Построив ломаную линию a b c d e f g (пунктир), получают пусковую характеристику двигателя. Отрезки bc, de, fg в масштабе соответствуют сопротивлениям реостата , , .
Для выполнения задания следует использовать известные соотношения [1, 2] для 3-х фазных асинхронных двигателей:
p – число пар полюсов обмотки статора; (1. 12)
- максимальный (критический)
момент;
- критическое скольжение;
- реактивное сопротивление
- активное сопротивление
Построение механических характеристик двигателя необходимо проводить по точкам скольжение S в пределах от 0 до 1 с дискретностью 0,1.
Результаты вычислений по соотношению (1. 8) свести в таблицу.
При пониженном напряжении питания следует пересчитать значение момента в нескольких точках:
где - значение момента на ЕМ характеристике при номинальном напряжении. По полученным данным в тех же осях построить механическую характеристику двигателя.
Построение пусковой механической характеристики двигателя и
расчет сопротивлений пускового реостата следует выполнить графоаналитическим способом (рис. 1. 4)
Рис. 1. 4 Пусковая механическая характеристика асинхронного двигателя
Максимальный пусковой момент принять равным (0,8 ÷ 0,9) . Построив естественную механическую характеристику (ЕМ), через точки и провести перпендикуляры соответственно к оси абсцисс и ординат.
Задаваясь несколькими значениями , построить линию переключения bд и kg, параллельно оси ординат. Через точки а и b провести прямую at. Точка t является центром, из которого исходят прямые tc, te, tд. Отрезки gh, ef, cd являются участками реостатных механических характеристик двигателя.
Сопротивления пускового реостата определяют из следующих соотношений:
; ; ; - полное сопротивление пускового реостата.
Для найденных сопротивлений в тех же осях построить искусственные механические характеристики в диапазоне скольжений от 0 до 1. Расчетные данные привести в таблице.
Расчет и построение разгонной пусковой характеристики проводится с помощью уравнений динамики для двигателей постоянного тока:
где , - суммарные значения индуктивности и активного сопротивления контура якоря при пуске двигателя.
При этом предполагается при
пуске двигателя неизменными
При расчете разгонной пусковой характеристики 3-х фазного асинхронного двигателя инерционностью электромагнитных процессов в обмотках статора и ротора пренебречь. В этом случае динамика асинхронного привода описывается уравнением (22), где зависимость момента от скорости в зоне пуска (рис. 1. 4) считается линейной функции
Зависимости (21)÷(23) позволяют определить полное время разгона до установившейся скорости ( ) и время торможения до полной остановки при динамическом торможении двигателей независимого и последовательного возбуждения, а также торможение противовключением асинхронного двигателя.
Схема и описание типовой структуры.
Локальные системы контроля, регулирования и управления (ЛСКРиУ)
Эти системы эффективны при автоматизации технологически независимых объектов с компактным расположением основного оборудования и несложными целями управления (стабилизация, программное управление) при хорошо отработанной технологии и стационарных условиях эксплуатации.
Типовая структура локальной системы контроля, регулирования и управления.
Локальные регуляторы
(ЛР) могут быть аналоговыми,
4. Уравнение “вход-выход” двигателя постоянного тока независимого возбуждения
Используем известное
где UЯ – (UЯН=110В) - напряжение на якоре;
R - (R=(rЯ + rДП)*К t=(0,5+0,264)*1,32=1,01 Ом) - собственное сопротивление якоря;
wн=2200 об/мин=104,6рад/c;
Н*м/А;
В*с/рад;
В результате подстановки исходных данных в формулу (1) получим:
5. Технические характеристики исполнительного механизма
а) Воспользуемся формулой (2) и зная что rдоб=0 Ом, UB=UB ном найдём:
w1=0,95*110-1,16*M (рад/с) при Uя=Uя ном
w2=0,95*110*0,6-1,16*М (рад/с) при Uя=0,6Uя ном
w3=0,95*110*0,3-1,16*М (рад/с) при Uя=0,3Uя ном
Для построения характеристик требуется по 2 точки для каждой прямой.
при М=0 Н*м w1=104,5 рад/с; w2=62,2 рад/с w3=31,35 рад/с
при М=9,1 Н*м w1=93,94 рад/с; w2=51,64 рад/с w3=20.79 рад/с
По полученным точкам построим характеристики (см. рисунок 2).
рисунок 2 Механические характеристики
1) Естественная механическая
2) Механическая характеристика исполнительного механизма при Uя=0,6Uя
3) Механическая характеристика исполнительного механизма при Uя=0,3Uя
б) Воспользуемся формулой (2), и зная что rдоб=0 Ом, Uя=Uя ном, а также учитывая что kEºUВ[1] получим
w1=0,95*110/0,6-1,16/0,6*M (рад/с) при UВ=0,6UВ ном
w2=0,95*110/0,8-1,16/0,8*М (рад/с) при UВ=0,8UВ ном
w3=0,95*110/1,2-1,16/1,2*М (рад/с) при UВ=1,2UВ ном
Для построения характеристик требуется по 2 точки для каждой прямой.
при М=0Н*м w1=174,17 рад/с w2=130,63 рад/с w3=87,09 рад/с
при М=9,1Н*м w1=156,57 рад/с w2=117,43 рад/с w3=78,29 рад/с
По полученным точкам построим характеристики (см. рисунок 3).
рисунок 3 Механические характеристики.
1) Механическая характеристика исполнительного механизма при UВ=0,6UВ
2) Механическая характеристика исполнительного механизма при UВ=0,8UВ
3) Механическая характеристика исполнительного механизма при UВ=1,2UВ
в) Воспользуемся формулой (2) и зная что UВ=UВ ном, Uя=Uя ном а также учитывая что МС=МЯ ном рассчитаем rдоб так, чтобы:
w1=0,75wном=78,5 рад/с
0,75*104,66=0,95*110-(1,16+1,
1,16+1.32*rдоб =2,49
rдоб=1,61Ом
w2=0,5wном=52,33 рад/с
0,5*104,66=0,95*110-(1,16+1,
1,16+1.32*rдоб =4,99
rдоб=4,11Ом
w3=0,25wном=26,16рад/с
0,25*104,66=0,95*110-(1,16+1,
1,16+1,32*rдоб =7,5
rдоб=6,62Ом
w4=0wном=0 рад/с
0=0,95*110-(1,16+1,32*rдоб)/(
1,16+1,32*rдоб =10
rдоб=9,12Ом
Для построения характеристик требуется по 2 точки для каждой прямой.
По формуле (2)
при М=0 Н*м w1= w2= w3= w4=104,76рад/с
при М=9,1 Н*м w1=87,95 рад/с w2=61,84 рад/с w3=35,64 рад/с w4=9,53 рад/с
По полученным точкам построим характеристики (см. рисунок 4).
рисунок 4 Механические характеристики
1) Механическая реостатная
2) Механическая реостатная
3) Механическая реостатная
4) Механическая реостатная
г) Для расчёта времени торможения двигателя в режиме динамического торможения воспользуемся формулой[2]:
где JS = 0,75Jя=0,75*0,028=0,021кг*м2
Mc =Mяном – момент сопротивления;
RS = (Rя+Rдн)*Kto + Rдоб.*Kto =(0,5+0,264)*1.32+ Rдоб.*Kto =1,01+ Rдоб.*Kto Ом;
Тогда при Rдоб=0 Ом формула (3) примет вид:
Mд = - из уравнения (1) при = 0, так как режим динамического торможения;
; t1=0,06с
Тогда при Rдоб=5*Rя =5*0,5=2,5 Ом формула (3) примет вид:
RS=1,01+2,5*1,32=4,31 Ом;
Mд = - из уравнения (1) при = 0, так как режим динамического торможения;
; t2=0,14с
6. Регулировочная характеристика
Для построения регулировочных характеристик воспользуемся формулой (1). Учитывая что rдоб=0 Ом и МС=МЯ ном w=0 рад/с
w=1/kE*U-RS/kE*kM*Mном
Для построения характеристик требуется по 2 точки для каждой прямой.
При U=30 w1(U)=26,28рад/с; w2(U)=21,02 рад/с; w3(U)=17.52 рад/с;
При U=110 w1(U)=131,54 рад/с; w2(U)=105,23 рад/с; w3(U)=87,69 рад/с;
По полученным точкам построим характеристики (см. рисунок 5).
рисунок 5 Регулировочная характеристика
1) Регулировочная
характеристика при
2) Регулировочная
характеристика при
3) Регулировочная
характеристика при
7. Пусковая характеристика
Для расчета пусковой характеристики вначале произведем расчет тех данных, которые нам понадобятся в дальнейшем:
М1=l*Мном=4*9,1 Н*м=36,4 Н*м
где l=4 – нагрузочная способность.
М2=1.2*Мном=1,2*9,1 Н*м=10,92 Н*м, нас данный момент не устраивает т. к. не выполняется условие 3-4-х ступеней. Следовательно нужно подобрать М2, так чтобы у нас получилось 3 или 4 ступени пуска двигателя.
Найдем M2 по формуле (2).
Получили что w1(M1)=w4(M2), что и нужно было получить. У нас получилось 3 ступени пуска.
Для построения пусковой характеристики требуется по 2 точки для каждой прямой.
При M=0 w1=w2=w3=w4=w5=106,7 рад/с.
При
При
По полученным данным построим пусковую характеристику (см. рисунок 6).
рисунок 6 Пусковая характеристика двигателя
1) Естественная механическая
2) Реостатная механическая
3) Реостатная механическая
4) Реостатная механическая
Rн=Uн/Iн=110/11=0 Ом;
Ом ; Ом;
Ом; Ом;
=2,4678 Ом
8. Разгонная пусковая характеристика двигателя w=f(t),
Для расчета разгонной пусковой характеристики найдем значения, которые понадобятся в дальнейшем:
; ;
кГ*м2;
;
;
;
1-ая ступень:
M1 =26,9 H*м; M2 =36,4 H*м;
w1=0 рад/c; w2=27,3 рад/c; w(0)=w1=0 рад/c;
;
0,049*w(p)*p2 –0,049*w(0)*p =27,3-0,35*w(p)*p ;
w(p)= = ;
p1=0; p2=-7,143;
A’=0,098*p+0,35;
w(t)=
T1:
T1=ln(0,4)/(-2,45)
T1=0,374 с;
2-ая ступень:
M1 =63,9 H*м; M2 =36,4 H*м;
w1=27,3 рад/c; w2=47,47 рад/c; w(0)=w1=27,3 рад/c;
;
0,049*w(p)*p2 –0,049*w(0)*p =27,78-0,47*w(p)*p ;
w(p)= = ;
p1=0; p2=-9,59;
A’=0,098*p+0,47;
w(t)=
T2:
T2=ln(0,34)/(-2,70)
T2=0,207 с;
3-я ступень:
M1 =26,9 H*м; M2 =36,4 H*м;
w1=47,47 рад/c; w2=62,27 рад/c; w(0)=w1=47,47 рад/c;
;
0,049*w(p)*p2 –0,049*w(0)*p =27,94-0,64*w(p)*p ;
w(p)= = ;
p1=0; p2=-13,06;
A’=0,098*p+0,64;
w(t)=
T3:
T3=ln(0,7)/(-10,55)
T3=0,114 с;
4-ая ступень (участок естественной механической характеристики):
M1 =M Н=26,9 H*м; M2 =36,4 H*м;
w1=62,27 рад/c; w2=73,3 рад/c; w(0)=w1=62,27 рад/c;
;
0,049*w(p)*p2 –0,049*w(0)*p =80,93-0,86*w(p)*p;
w(p)= = ;
p1=0; p2=-17,55;
A’=0,098*p+0,86;
w(t)= ;
T4:
0,3=
T4=Ln(0,3)/(-1,66)
T4=0,547 с;
Переходный процесс практически заканчивается через T4= 3-5 .
По приведенным выше формулам составляется таблица расчетных данных №2.
Таблица №2.
w(t) |
t |
0 |
0 |
0,025 |
10,78445 |
0,05 |
20,92818 |
0,075 |
30,46925 |
0,1 |
39,44347 |
0,125 |
47,88451 |
0,15 |
55,82406 |
0,175 |
63,2919 |
0,2 |
70,31606 |
0,225 |
76,9229 |
0,25 |
83,13721 |
0,275 |
88,98233 |
0,3 |
94,48017 |
0,325 |
99,65137 |
0,35 |
104,5153 |
0,375 |
107,98 |
0,4 |
118,5267 |
0,425 |
127,9676 |
0,45 |
136,4188 |
0,475 |
143,984 |
0,5 |
150,7561 |
0,525 |
156,8182 |
0,55 |
162,2448 |
0,575 |
167,1025 |
0,6 |
167,837 |
0,625 |
177,932 |
0,65 |
186,1951 |
0,675 |
192,9586 |
0,7 |
206,489 |
0,725 |
214,0284 |
0,75 |
219,1894 |
0,775 |
222,7224 |
0,8 |
225,1408 |
0,825 |
226,7964 |
0,85 |
227,9297 |
0,875 |
228,7055 |
0,9 |
229,2366 |
0,925 |
229,6001 |
0,95 |
229,849 |
0,975 |
230,0193 |
1 |
230,1359 |
1,025 |
230,2158 |
1,05 |
230,2704 |
1,075 |
230,3078 |
1,1 |
230,3334 |
1,125 |
230,351 |
1,15 |
230,363 |
1,175 |
230,3712 |
1,2 |
230,3768 |
1,225 |
230,3806 |
1,25 |
230,3833 |

- Двигатель Стирлинга
- Двигатель ТВ2-117А(АГ)
- Двигатель ямз-740
- Двигателям внутреннего сгорания
- Движение Богдана Хмельницкого в Белоруссии
- Движение готовой продукции
- Движение готовой продукции
- Двигательные навыки как предмет обучения в физическом воспитании
- Двигательные способности в физическом воспитании
- Двигательные умения и навыки как результат процесса обучения
- Двигательные умения и навыки – основа спортивной техники
- Двигатель постоянного тока
- Двигатель постоянного тока
- Двигатель Постоянного Тока