Исследование машины постоянного тока с независимым возбуждением

1. Цель работы

Исследование машины постоянного тока при работе в двигатель­ном и генераторном режимах.

2. Указания к выполнению работы

К выполнению лабораторной работы следует приступить после изучения разделов гл. 5. В качестве дополнительной литературы реко­мендуется воспользоваться [4, 5, 6, 13].

3. Содержание работы

3.1. Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в двигательном режиме работы.

3.2. Снятие механической и расчет рабочих характеристик машины в генераторном режиме работы.

3.3. Снятие механических характеристик при различных напряже­ниях питания в цепи якоря.

3.4. Снятие механических характеристик при различных сопротив­лениях в цепи якоря.

3.5. Снятие механических характеристик при различных потоках возбуждения.

3.6. Снятие регулировочных характеристик при изменении напряжения якоря.

4. Описание виртуальной лабораторной установки.

Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 6.9.1.

Она включает источники постоянного напряжения (V₁ для питания якоря машины, V₂ для питания обмотки возбуждения из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources), блок Moment для задания момента нагрузки (блок Constant из библиотеки Simulink/Sources), саму машину постоянного тока (блок DC Machine из библиотеки Power System Blockset/Machines), блок для измерения переменных со­стояния машины Display и осциллограф Scope для визуального наблю­дения процессов из библиотеки Simulink/Sinks.

Цепь якоря и цепь возбуждения видны из графического начерта­ния блока, на вход TL подается момент нагрузки, выход m предназна­чен для измерения и наблюдения переменных состояния машины в следующей последовательности: угловая скорость (рад/с), ток якоря в (А), ток возбуждения (А), электромагнитный момент (Нм).

В полях настройки машины (рис. 6.9.2) задаются:

Ø параметры обмотки якоря — Ra (Ом), La (Гн);

Ø параметры обмотки возбуждения — R_f (Ом), L_f (Гн);

Ø коэффициент L_af;

Рис. 6.9.1. Модель для исследования машины постоянного тока

с независимым возбуждением

Ø суммарный момент инерции машины и нагрузки — J (kГм²). Следу­ет подчеркнуть, что параметры (L_f, J) важны при исследовании пере­ходных процессов. На установившиеся режимы они не влияют;

Ø коэффициент вязкого трения — В_т (Нм*с);

Ø коэффициент сухого трения — T_f (Нм);

Ø начальная скорость.

Все эти параметры рассчитываются по выражениям (5.15-5.18), гл. 5. Паспортные параметры машин постоянного тока приведены в таб­лице 6.9.1.

Таблица 6.9.1

Тип двигателя	Рн [кВт]	Uн [B]	nн [об/мин]	hн [%]	Rя [Ом]	Rв [Ом]	Lя [мГн]
2ПН-0.17	0,17	220	750	48,5	27,2	162	514
2ПН-0.25	0,25	220	1120	57	15,47	612	297
2ПН-0.37	0,37	220	1500	61,5	10,61	612	190
2ПН-0.71	0,71	220	2360	70	3,99	123	70
2ПН-1.0	1	220	3000	72,5	2,52	92	48

Окно настройки параметров моделирования показано на рис.6.9.3.

Рис. 6.9.2. Окно настройки параметров машины постоянного тока

Рис. 6.9.3. Окно задания параметров моделирования

5. Порядок проведения лабораторной работы

5.1. Для заданной преподавателем (или выбранной при самостоя­тельной работе) машины рассчитать значение параметров и за­полнить поля окна настройки параметров машины.

5.2. Задать параметры моделирования (рис. 6.9.3).

5.3. При снятии характеристик по п. 3.1 порядка выполнения рабо­ты в окне настройки блока Moment последовательно задаются значения момента от 0 до 1,2 М_н с шагом 0,2 М_н. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица 6.9.2 измеренных и рассчитанных значений.

Таблица 6.9.2

Задание	Измерения	Расчет
М [Нм]	[рад/с]	Iя [А]	IВ [А]	Р1 [Вт]	Р2 [Вт]

Вычисления осуществляются по выражениям:

5.4. При снятии характеристик по п. 3.2 порядка выполнения ра­боты в окне настройки блока Moment последовательно задаются зна­чения момента от 0 до -1,2 М_н с шагом -0,2 М_н. Для каждого значения момента осуществляется моделирование и заполняется таблица 6.9.2. измеренных и рассчитанных значений. Коэффициент полезного действия в этом случае вычисляется по формуле .

5.5. Снятие механических характеристик при различных напряжени­ях питания в цепи якоря по п. 3.3 содержания работы следует провести для двух значений напряжения на якоре 0,6 U_я и 0,8 U_я, где U_я — первоначальное напряжение на якоре, при котором выполнялись п.п. 3.1, 3.2. При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2М_н до 1,2М_н с шагом 0,2М_н. Для каждого значения напряжения на якоре и момента проводится моделирование и заполняется таблица 6.9.3.

Таблица 6.9.3

М [Нм]	[рад/с]

5.6. Снятие механических характеристик при различных сопротив­лениях в цепи якоря по п. 3.4 содержания работы следует провести для двух значений сопротивления якоря 2R_я и 4R_я, где R_я первона­чальное значение сопротивления. Изменение сопротивления якоря осуществляется в поле окна настройки параметров машины. При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2М_н до 1,2М_н с шагом 0,2М_н. Для каждого значения сопротивления якоря и момента проводится моделирование и заполняется таблица 6.9.3.

5.7. Снятие механических характеристик при различных потоках возбуждения по п. 3.5 содержания работы следует провести для двух значений потока 0,6Ф_н и 0,8Ф_н. Для этого в поле Field–armature mutual inductance необходимо установить значение L_af вначале 0,6, а затем 0,8 от первоначальной величины.

При этом момент нагрузки следует изменять от -1,2М_н до 1,2М_н с шагом 0,2М_н. Для каждого значения потока и момента проводится моделирование и заполняется таблица 6.9.3.

5.8. Снятие регулировочных характеристик при изменении напря­жения якоря по п. 3.6 содержания работы проводится для постоянного момента нагрузки, равного номинальному, и изменению напряжения в цепи якоря от 0,4 до 1,2 исходного значения с шагом 0,2 исходного значения напряжения. Для каждого значения напряжения проводится моделирование и заполняется таблица 6.9.4.

Таблица 6.9.4

UЯ [В]	[рад/с]

6. Содержание отчета

6.1. Схема модели для проведения лабораторной работы.

6.2. Расчетные формулы параметров машины.

6.3. Расчетные формулы для мощностей Р₁, Р₂ и КПД.

6.4. Заполненные таблицы.

6.5. Графики рабочих характеристик машины в двигательном и ге­нераторном режимах.

6.6. Графики механической характеристики машины при различных напряжениях на якоре.

6.7. Графики механической характеристики машины при различных сопротивлениях якоря.

6.8. Графики механической характеристики машины при различных потоках.

6.9. Регулировочная характеристика двигателя.