Моделирование двигателя постоянного тока с независимым возбуждением

Цель работы: изучение библиотек System View; представление результатов моделирования в окне анализа; моделирование режимов «Пуск», «Реверс», «Торможение»; моделирование нагрузок.

Двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДПТ НВ) это электрическая машина, имеющая две электрически несвязанные обмотки – обмотку возбуждения, расположенную на статоре машины, и обмотку якоря, расположенную на роторе (якоре) машины. Передача электрической энергии к якорю происходит посредством щеточно-коллекторного узла. Обмотки электрической машины питаются от источника постоянного напряжения. Электрическая функциональная схема ДПТ НВ представлена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 – Электрическая функциональная схема ДПТ НВ

Уравнения, описывающие электромеханическое преобразование энергии в ДПТ НВ, имеют вид:

. (5.1)

Уравнения (5.1) могут быть представлены в операторной форме:

. (5.2)

Уравнениям (5.2) соответствует структурная схема ДПТ НВ (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Структурная схема ДПТ НВ

Расчет коэффициентов и постоянных времени

Номинальная скорость вращения двигателя и конструктивный коэффициент:

; , (4.3)

где n_Н – номинальная скорость вращения в оборотах за минуту;

w_Н – номинальная скорость вращения в радианах за секунду;

U_ЯН – номинальное напряжение якоря;

I_ЯН – номинальный ток якоря;

r_Я – сопротивление якорной цепи.

Индуктивность якорной цепи определяется по формуле Ленвилля-Уманского

. (4.4)

Электромагнитная и электромеханическая постоянные времени:

, . (4.5)

Определяется коэффициент демпфирования:

. (4.6)

Если коэффициент демпфирования меньше единицы, то двигатель может быть представлен колебательным звеном. В этом случае шаг интегрирования выбирается на основании собственной постоянной времени двигателя:

, . (4.7)

Если коэффициент демпфирования больше единицы, то двигатель представляет инерционное звено второго порядка. Поэтому шаг интегрирования выбирается на основании минимальной постоянной времени ДПТ (T_Я или T_M) и должен быть как минимум в три раза меньше соответствующей постоянной времени двигателя.

Ход работы

1. По структурной схеме (рис. 5.2) в пакете SV составить модель двигателя постоянного тока. Данные для расчёта параметров двигателя представлены в приложении А (табл. 1).

2. Отладить модель, исследуя пуск двигателя в режиме холостого хода. Момент сопротивления на валу двигателя принять равным нулю: M_C = 0, а напряжение якоря равным номинальному U_Я = U_ЯН .

3. Исследовать режимы «Пуска» и «Реверса» двигателя с активной нагрузкой на валу. Момент сопротивления на валу принять равным номинальному моменту двигателя: M_C = M_Н.

4. Исследовать режимы «Пуска» и «Реверса» ДПТ при реактивном характере нагрузки на валу. Момент сопротивления на валу принять равным номинальному моменту двигателя: M_C = M_Н.

Содержание отчета

1. Схема и математическое описание ДПТ НВ.

2. Структурная схема модели ДПТ НВ.

3. Расчет коэффициентов и постоянных времени двигателя. Выбор шага интегрирования.

4. Схемы модели двигателя в пакете System View для заданных режимов работы.

5. Графики переходных процессов «Пуска» и «Реверса» двигателя для холостого хода, активной и реактивной нагрузки.