Xreferat.com » Рефераты по физике » Електромеханічна система

Електромеханічна система

Міністерство освіти і науки України

Кременчуцький державний політехнічний університет

імені Михайла Остроградського

Курс „Моделювання електромеханічних систем”


Звіт з розрахункової роботи


2009

Завдання для розрахунку


Для електромеханічної системи у ході виконання розрахункової роботи необхідно розв’язати наступні задачі:

скласти систему диференціальних рівнянь, що описують наведену електромеханічну систему;

отримати передавальні функції елементів системи, що досліджується;

скласти структурну схему та розрахувати її параметри;

провести моделювання системи за отриманою структурною схемою;

підібрати таке значення регульованого параметра, щоб зазначений елемент електромеханічної системи працював у номінальному режимі;

дослідити статичні, динамічні та енергетичні параметри системи, що моделюються;

сформулювати рекомендації щодо оптимізації роботи електромеханічної системи, що досліджується.


Дані для розрахунку


Для наведеної системи необхідно забезпечити номінальний режим роботи ДПС2 за допомогою регулювання частоти живлення АД.


Електромеханічна система

Рисунок 1 – Система ЕП

Таблиця 1 - Паспортні дані електричних машин, що застосовані в системі

Варіант 4

Електромеханічна система,

кВт

Електромеханічна система,

об/хв

Електромеханічна система,

об/хв

Електромеханічна система,

А

Електромеханічна система,

%

Електромеханічна система

Електромеханічна система

Електромеханічна система

Електромеханічна система

АД 2,2 2871 3000 4.7 83 0,87 6,5 2,1 2,6

Електромеханічна система, кВт

Електромеханічна система, В

Електромеханічна система, А

Електромеханічна система, об/хв

Електромеханічна система, %

ДПС1 8 220 47,3 600 68
ДПС2 160 440 400 1500 89,7

Виконання


Складемо схему заміщення даної системи, на основі якої складемо систему диференціальних рівнянь, що описують задану систему ЕП.


Електромеханічна система

Рисунок 2 – Схема заміщення


Електромеханічна система

Рисунок 3 – Спрощена схема заміщення


Система диференціальних рівнянь буде мати вигляд:


Електромеханічна система


Де Електромеханічна система - кутова швидкість обертання вала системи ЕП;

Електромеханічна система, Електромеханічна система - активний опір та індуктивність ОЗ ДПС1;

Електромеханічна система, Електромеханічна система - струм та напруга живлення ОЗ ДПС2;

Електромеханічна система - загальний момент інерції системи ЕП,


Електромеханічна система;


Електромеханічна система, Електромеханічна система - момент інерції та електромагнітний момент АД;

Електромеханічна система, Електромеханічна система - момент інерції та електромагнітний момент ДПС;

Електромеханічна система - статичний момент на валу системи ЕП;

Електромеханічна система, Електромеханічна система - електромагнітна стала часу та жорсткість механічної характеристики АД;

Електромеханічна система - синхронна кутова швидкість обертання поля статора АД,


Електромеханічна система;


Електромеханічна система, Електромеханічна система - частота мережі живлення та кількість пар полюсів АД;

R, L - активний опір та індуктивність ДПС;

I, U, E - струм, напруга живлення та електрорушійна сила ДПС,

Електромеханічна система;


Електромеханічна система - коефіцієнт потоку ДПС, що залежить від його струму.

Запишемо систему диференціальних рівнянь в операторній формі:


Електромеханічна система


Знайдемо невідомі струми, момент та швидкість. Після зроблених перетворень система рівнянь, що описує модель наведеної системи ЕП, набуде вигляду:


Електромеханічна система


Згідно з отриманою системою рівнянь складемо структурну схему моделі ЕП.


Електромеханічна система

Рисунок 4 - Структурна схема математичної моделі системи ЕП


Розрахуємо коефіцієнти наведеної вище структурної схеми.


Розрахунок АД


Синхронна частота обертання АД, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальне ковзання АД,


Електромеханічна система.


Номінальна частота обертання АД, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальний момент навантаження АД, Електромеханічна система,

Електромеханічна система.


Максимальний момент навантаження АД, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Критичне ковзання АД,


Електромеханічна система.


Коефіцієнт жорсткості АД,


Електромеханічна система.


Електромагнітна стала часу АД, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Момент інерції АД (потужність АД підставляється у Електромеханічна система), Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Розрахунок ДПС1


Активний опір якоря ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Сумарний активний опір ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальна кутова швидкість обертання ДПС, Електромеханічна система


Електромеханічна система.


Індуктивність якоря, Електромеханічна система,


Електромеханічна система,


де Електромеханічна система - кількість пар полюсів ДПС, можна визначити через перевірку значення сталої часу обмотки збудження двигуна згідно з табл. 2.


Таблиця 2 - Співвідношення між потужністю і величиною сталої часу обмотки збудження

Електромеханічна система, Електромеханічна система

10 – 100 100 – 1000 1000 – 5000

Електромеханічна система,Електромеханічна система

0,5 – 1 1 – 2 2 – 5

Електромагнітна стала часу ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Електромагнітна стала часу обмотки збудження ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Сумарна електромагнітна стала часу ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальний коефіцієнт потоку ДПС,


Електромеханічна система.


Аналітичний опис кривої намагнічування ДПС


Електромеханічна система.


Номінальний момент навантаження ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Момент інерції ДПС, Електромеханічна система,

Електромеханічна система.


Розрахунок ДПС2


Активний опір якоря ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Сумарний активний опір ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальна кутова швидкість обертання ДПС, Електромеханічна система


Електромеханічна система.


Індуктивність якоря, Електромеханічна система,


Електромеханічна система,


де Електромеханічна система - кількість пар полюсів ДПС, можна визначити через перевірку значення сталої часу обмотки збудження двигуна згідно з табл. 2.

Електромагнітна стала часу ДПС, Електромеханічна система,

Електромеханічна система.


Електромагнітна стала часу обмотки збудження ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Сумарна електромагнітна стала часу ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Номінальний коефіцієнт потоку ДПС,


Електромеханічна система.


Аналітичний опис кривої намагнічування ДПС


Електромеханічна система.


Номінальний момент навантаження ДПС, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Момент інерції ДПС, Електромеханічна система,

Електромеханічна система.

Загальний момент інерції системи, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Розрахунок ОЗД 1


Стала часу обмотки збудження ДПС1, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Активний опір обмотки збудження ДПС1, Електромеханічна система,


Електромеханічна система,


де Електромеханічна система - номінальний струм обмотки збудження ДПС1, Електромеханічна система, беремо,

Електромеханічна система.

Розрахунок ОЗД 2

Стала часу обмотки збудження ДПС2, Електромеханічна система,


Електромеханічна система.


Активний опір обмотки збудження ДПС2, Електромеханічна система,


Електромеханічна система,


де Електромеханічна система - номінальний струм обмотки збудження ДПС2, Електромеханічна система, беремо,

Електромеханічна система.

Після того, як обчислені всі коефіцієнти структурної схеми, проведемо моделювання даної системи у пакеті Matlab.


Моделювання системи в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 5 - Структурна схема математичної моделі системи ЕП, реалізована при холостому ході в пакеті Matlab


Розглянемо роботу схеми за умови, що всі двигуни та обмотки збудження живляться від мереж з номінальними параметрами. При цьому доцільно буде дослідити перехідні процеси АД і ДПС1 та ДПС2.


Електромеханічна система

Рисунок 6 – Перехідний процес швидкості АД в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 7 – Перехідний процес моменту ДПС1 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 8 – Перехідний процес ЕРС ДПС1 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 9 – Перехідний процес току ДПС1 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 10 – Перехідний процес моменту ДПС2 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 11 – Перехідний процес ЕРС ДПС2 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 12 – Перехідний процес току ДПС2 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 13 – Перехідний процес потоку ДПС1 в режимі холостого ходу


Електромеханічна система

Рисунок 14 – Перехідний процес потоку ДПС2 в режимі холостого ходу


Як видно із графіків, для даної системи можна застосовувати прямий пуск, оскільки виконується необхідна для подальшої роботи АД умова обмеження пускових струмів на рівні, що не перевищує припустимий.


Моделювання системи в номінальному режимі


Дослідимо систему за тих самих умов в режимі номінального навантаження, де сумарний номінальний момент системи визначається:

Електромеханічна система Електромеханічна система.


Електромеханічна система

Рисунок 15 – Структурна схема системи в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 16 – Перехідний процес швидкості АД в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 17– Перехідний процес моменту ДПС1 в номінальному режимі

Електромеханічна система

Рисунок 18 – Перехідний процес ЕРС ДПС1 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 19 – Перехідний процес току ДПС1 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 20 – Перехідний процес моменту ДПС2 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 21 – Перехідний процес ЕРС ДПС2 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 22 – Перехідний процес току ДПС2 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 23 – Перехідний процес потоку ДПС1 в номінальному режимі


Електромеханічна система

Рисунок 24 – Перехідний процес потоку ДПС2 в номінальному режимі


В результаті моделювання системи в номінальному режимі ми отримали: в результаті незначного зниження швидкості системи, АД не змінив режим своєї роботи, а ДПС1 та ДПС2 наблизились до номінальних значень моментів.


Забезпечення номінального режиму роботи ДПС2


Для того щоб ДПС2 працював у номінальному режимі, необхідно знизити швидкість системи шляхом регулювання частоти живлення АД. Значення, приближене до необхідної частоти живлення, можна визначити наступним чином:


Електромеханічна система Електромеханічна система.


При подальшому моделюванні отримаємо уточнене значення Електромеханічна система.

Наведені нижче графіки ілюструють перехідні процеси, що протікають у системі при заданій частоті живлення АД.

При поданні частоти 31.5 Гц отримаємо номінальне значення моменту ДПС2.

Електромеханічна система

Рисунок 25 – Структурна схема системи після регулювання частоти (f1=31.5)


Електромеханічна система

Рисунок 26 – Перехідний процес швидкості АД при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 27 – Перехідний процес моменту ДПС1 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 28 – Перехідний процес ЕРС ДПС1 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 29 – Перехідний процес току ДПС1 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 30 – Перехідний процес моменту ДПС 2 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 31 – Перехідний процес ЕРС ДПС 2 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 32 – Перехідний процес току ДПС 2 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 33 – Перехідний процес потоку ДПС1 при f1=31.5


Електромеханічна система

Рисунок 34 – Перехідний процес потоку ДПС 2 при f1=31.5


За результатами моделювання можна зробити висновок, що система електропривода, що розглядається, здатна забезпечити номінальний режим роботи ДПС2 шляхом регулювання частоти живлення АД, тому що при зменшенні частоти живлення АД до необхідного рівня двигуни системи працюють у допустимому режимі роботи.


Висновки


Проведені дослідження показали:

у наведеній системі електроприводу припустимо застосовувати прямий пуск АД;

при номінальному навантаженні момент ДПС1 нижчий за номінальний, момент ДПС2 також нижчий за номінальний;

при зменшенні частоти живлення можна отримати номінальний момент ДПС2, при цьому жоден елемент системи не вийде з ладу;

система АД – 2ДПС працює задовільно, АД забезпечує прямий пуск ДПС1 та ДПС2.

Рекомендації щодо оптимізації режиму роботи системи:

для отримання номінального моменту ДПС2 необхідно регулювати частоту живлення АД;

було б доцільно в наведеній системі використовувати електричні машини з однаковою швидкістю, щоб заздалегідь забезпечити номінальний режим роботи для всіх машин, що використовуються у системі.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: