Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ИСЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы
Исследование статических механических характеристик системы автоматического регулирования скорости электропривода постоянного тока с независимым возбуждением.
1 Программа работы
Выполнение лабораторной работы заключается в следующем:
а) изучение устройства и принципа действия лабораторной установки;
б) изучение основных теоретических положений по теме и содержанию лабораторной работы;
в) проведение обработка результатов экспериментов;
г) оформление отчета по лабораторной работе.
2 Описание лабораторной установки
Выполнение лабораторной работы производится на лабораторной установке, которая представляет собой комплектный реверсивный электропривод постоянного тока типа КЕМЕК [1].
Комплектный реверсивный электропривод постоянного тока типа КЭМЕК состоит из стойки управления и электромеханического агрегата.
В состав стойки управления входят два реверсивных тиристорных преобразователя типа 2РЕВ16. На передней панели стойки управления расположены измерительные приборы (вторичный прибор тахогенератора, амперметры и вольтметр), органы управления, а также изображена структурная схема комплектного реверсивного электропривода постоянного тока типа КЕМЕК.
В состав электромеханического агрегата входят два высокомоментных двигателя постоянного тока типа 1ПИ 12.11-11 202 МОН и тахогенератор. Двигатели и тахогенератор размещены в цилиндрическом корпусе и связаны между собой механическим валом. Один двигатель является рабочим или исследуемым (на схеме обозначен М 1), а другой двигатель используется в качестве нагрузочного (на схеме обозначен М 2), с помощью которого на валу исследуемого двигателя создается момент сопротивления.
Основные технические данные комплектного реверсивного электропривода постоянного тока типа КЕМЕК приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Технические данные комплектного электропривода КЕМЕК
|
Наименование показателей |
Величина |
|
Номинальное напряжение питания |
3~380 В |
|
Номинальное вторичное напряжение трансформатора |
3~105 В |
|
Управляющее напряжение |
10 В |
|
Номинальный ток |
20 А |
|
Номинальная скорость вращения |
105 рад/с |
|
Номинальный момент |
4,7 Н∙м |
|
Коэффициент ЭДС двигателя |
0,5 |
3 Основные теоретические положения
К числу статическими характеристик электропривода относятся механические характеристики, которые представляют собой зависимость скорости вращения электропривода от момента на его валу [2].
Механические характеристики замкнутых систем электропривода определяются не только механическими характеристиками электродвигателей, но и зависят от параметров цепей обратных связей по току и по скорости.
В данной лабораторной работе рассматривается система автоматического регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования тока якоря. Ее структурная схема изображена на рисунке 1.
Так как между током якоря и моментом имеет место прямая зависимость, то в структурной схеме на рисунке 1 для упрощения вместо замкнутого контура регулирования скорости в виде отдельного звена показан замкнутый контур регулирования момента.
Передаточная функция замкнутого контура регулирования момента определяется по формуле
, (1)
где ком – коэффициент обратной связи по моменту;
ам – параметр настройки контура регулирования момента (ам = 2);
Т – сумма малых некомпенсируемых постоянных времени в передаточной
функции объекта регулирования момента (Тμ = Тп = 0,01 с).
Передаточная функция (1) замкнутого контура регулирования момента получена из условия его настройки на технический оптимум и принятого допущения, что при автоматическом регулировании момента действием обратной электромеханической связи можно пренебречь.
Коэффициент обратной связи по моменту определяется по формуле
, (2)
где Uмн – сигнал на выходе звена обратной связи при номинальном значении мо-
мента электродвигателя (Uмн = Uу).
В соответствии со структурной схемой на рисунке 1 передаточная функция объекта регулирования скорости имеет вид
, (3)
где βе – модуль жесткости естественной статической механической характеристики;
Тм – электромеханическая постоянная времени электропривода.
Модуль жесткости естественной статической механической характеристики двигателя постоянного тока с независимым возбуждением равен
, (4)
где с – коэффициент ЭДС двигателя;
Rя – сопротивление цепи якоря;
Uяо – напряжение якоря в режиме идеального холостого хода;
ωо – скорость вращения идеального холостого хода.
В лабораторном стенде в качестве регулятора скорости используется ПИ-регулятор, поэтому настройка контура регулирования скорости производится на симметричный оптимум. При этом желаемая передаточная функция разомкнутого контура регулирования скорости имеет вид
, (5)
где кос – коэффициент обратной связи по скорости;
ас – параметр настройки контура регулирования скорости (ас = 2).
Коэффициент обратной связи по скорости определяется по формуле
, (6)
где Uсн – сигнал на выходе звена обратной связи при номинальной скорости ωн.
Номинальное значение данного сигнала равно Uсн = Uу.
В соответствии с методом последовательной коррекции передаточная функция регулятора скорости будет иметь вид
(7)
или
, (8)
где – параметры настройки регулятора.
На основании структурной схемы на рисунке 1 и с учетом уравнений (1) и (8) можно получить уравнение статической механической характеристики замкнутой системы автоматического регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования момента
.
Так как в статическом режиме р = 0, то окончательно имеем
. (9)
Из выражения (9) следует, что в замкнутой системе автоматического регулирования скорости модуль жесткости статической механической характеристики стремится к бесконечности, поэтому скорость вращения не зависит от момента и равна скорости вращения идеального холостого хода.
Вращающий момент на валу исследуемого электропривода можно определить по формуле
, (10)
где Iя – ток якоря исследуемого двигателя.
5 Выполнение лабораторной работы
Перед проведением экспериментов замкнули систему регулирования исследуемого электропривода. Для этого поставили перемычки между М7-М8 и М1-М2 в цепях обратных связей по скорости и по току якоря, а перемычки между гнездами М3-М4 и М5-М6 для реализации регуляторов тока и скорости разомкнули.
Последовательность проведения экспериментов с целью получения данных для построения механических характеристик при прямом вращении:
а) включили выключатель S3, переключатель S1 поставили в правое положение и потенциометром R1 установили напряжение питания на исследуемом двигателе М1 равным Ud = 20 В по вольтметру V1 ARMATURE VOLTAGE;
б) включили выключатель S4, переключатель S2 поставили в правое положение, включив таким образом двигатели М1 и М2 встречно;
в) задавая потенциометром R2 7-8 значений тока якоря Iя1 исследуемого двигателя М1 по амперметру А1 ARMATURE CURRENT сняли значения угловой скорости вращения по прибору «SPEED, rad/s»;
г) вывели потенциометр R2 в левое положение;
д) установили переключатель S2 в левое положение, включив тем самым двигатели согласно;
е) задавая потенциометром R2 7-8 значений тока якоря исследуемого двигателя М 1 по амперметру А1 ARMATURE CURRENT сняли значения угловой скорости вращения по прибору «SPEED, rad/s», добившись изменения тока якоря исследуемого двигателя и тем самым переводя его из двигательного режима в режим генераторного торможения;
ж) повторили эксперименты по пунктам б…е для напряжений на якоре исследуемого двигателя М1 равных Ud = 30 В и Ud = 40 В.
Последовательность проведения экспериментов с целью получения данных для построения механических характеристик при обратном вращении:
а) включили выключатель S3, переключатель S1 поставили в левое положение и потенциометром R1 установить напряжение питания на исследуемом двигателе М1 равным Ud = 20 В по вольтметру V1 ARMATURE VOLTAGE;
б) включили выключатель S4, переключатель S2 поставили в левое положение, включив таким образом двигатели М1 и М2 встречно;
в) задавая потенциометром R2 7-8 значений тока якоря Iя1 исследуемого двигателя М1 по амперметру А1 ARMATURE CURRENT сняли значения угловой скорости вращения по прибору «SPEED, rad/s»;
г) вывели потенциометр R2 в левое положение;
д) установили переключатель S2 в правое положение, включив тем самым двигатели согласно;
е) задавая потенциометром R2 7-8 значений тока якоря исследуемого двигателя М 1 по амперметру А1 ARMATURE CURRENT сняли значения угловой скорости вращения по прибору «SPEED, rad/s», добившись изменения тока якоря исследуемого двигателя и тем самым переводя его из двигательного режима в режим генераторного торможения;
ж) повторили эксперименты по пунктам б…е для напряжений на якоре исследуемого двигателя М1 равных Ud = 30 В и Ud = 40 В.
Полученные экспериментальные данные занести в таблицу.
После окончания экспериментов выставили потенциометры R1 и R2 вывели в крайние левые положения, переключатели S1 и S2 поставили в среднее положение, выключатели S3 и S4 разомкнуть.
6 Обработка результатов экспериментов
Обработка результатов экспериментов с использованием паспортных данных комплектного электропривода постоянного тока «КЭМЭК» заключается в следующем:
а) рассчитали по формуле (6) коэффициента обратной связи по скорости кос;
б) рассчитали по формуле (9) исходных данных для построения теоретических механических характеристик замкнутой системы электропривода постоянного тока;
в) рассчитали по формуле моментов М по известному значению коэффициента ЭДС и по экспериментальным значениям тока якоря Iя1. Значение коэффициента ЭДС взяли из лабораторной работы по исследованию статических механических характеристик разомкнутой системы электропривода постоянного тока (с1=0,17; с2=0,02; с3=0,27);
г) рассчитали по формулам (12) и (14) погрешности измеренных и расчетных параметров замкнутой системы электропривода постоянного тока.
Результаты экспериментов и расчетов занесли в таблицы 2-3
По результатам экспериментов и расчетов построили графики теоретических и экспериментальных электромеханических ω = f(Iя) и механических ω = f(М) характеристик замкнутой системы электропривода постоянного тока.
Примечание.
Данные таблиц 2 – 5 приведены для тормозного двигателя. Для построения теоретических и экспериментальных электромеханических ω = f(Iя) и механических ω = f(М) характеристик замкнутой системы электропривода постоянного тока испытуемого двигателя необходимо присвоить значению тока якоря положительные значения при прямом вращении (в табл. 2, 4), при обратном вращении положительные значения присваиваются н (табл.3, 5) Данные характеристики приведены на рисунках 2 – 17.
Таблица 2 - Экспериментальные и расчетные данные(, тумблер вправо)
|
20 В |
30 В |
40 В |
||||||||||||||||||
|
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
|
-2,5 |
250 |
1,5 |
15 |
0,06 |
333 |
-0,43 |
-5,5 |
55 |
5 |
30 |
0,54 |
55 |
0,1 |
-4,5 |
48 |
4 |
25 |
0,5 |
76,8 |
-1,2 |
|
-3 |
200 |
2,2 |
10 |
0,05 |
400 |
-0,51 |
-6 |
51 |
5,1 |
28 |
0,55 |
54,6 |
0,102 |
-5 |
42 |
4,6 |
22 |
0,52 |
76,4 |
-1,4 |
|
-4 |
100 |
3,3 |
7 |
0,07 |
286 |
-0,68 |
-6,5 |
50 |
6 |
27 |
0,55 |
55,6 |
0,12 |
-6 |
35 |
5,5 |
20 |
0,57 |
70 |
-1,6 |
|
-5 |
50 |
4,5 |
5 |
0,1 |
200 |
-0,85 |
-7 |
45 |
6,8 |
25 |
0,56 |
54 |
0,14 |
-7 |
29 |
6,8 |
18 |
0,62 |
64,4 |
-1,9 |
|
-6 |
-50 |
8,1 |
0 |
0 |
-1,02 |
-8 |
38 |
7,8 |
22 |
0,58 |
51,8 |
0,16 |
-8 |
22 |
7,5 |
15 |
0,68 |
58,7 |
-2,2 |
|
|
-7 |
-15 |
8,2 |
-0,1 |
0,01 |
3000 |
-1,19 |
-8,5 |
33 |
8 |
21 |
0,64 |
47,2 |
0,16 |
-9 |
12 |
8,2 |
12 |
1 |
40 |
-2,4 |
|
-8 |
-2,5 |
9,5 |
-0,5 |
0,2 |
100 |
-1,36 |
-9 |
30 |
8,5 |
20 |
0,67 |
45 |
0,17 |
Таблица 3 – Результаты расчётов и экспериментов (, тумблер влево)
|
20 В |
30 В |
40 В |
||||||||||||||||||
|
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
|
3 |
-30 |
-2 |
-15 |
0,5 |
40 |
0,51 |
8,5 |
-58 |
-7,5 |
-32 |
0,55 |
54,4 |
0,17 |
8 |
-52 |
-7 |
-30 |
0,57 |
69,3 |
2,2 |
|
4 |
-18 |
-3 |
-10 |
0,56 |
36 |
0,68 |
9 |
-50 |
-8 |
-30 |
0,6 |
50 |
0,18 |
8,5 |
-48 |
-8 |
-28 |
0,58 |
68,6 |
2,3 |
|
5 |
-12 |
-4 |
-8 |
0,67 |
30 |
0,85 |
9,5 |
-48 |
-9 |
-28 |
0,58 |
51,4 |
0,19 |
9 |
-42 |
-8,5 |
-27 |
0,64 |
62,2 |
2,4 |
|
6 |
-4 |
-5 |
-5 |
1,25 |
16 |
1,02 |
9,5 |
-40 |
-9 |
-25 |
0,63 |
64 |
2,6 |
|||||||
|
7 |
3 |
-8 |
-2 |
-0,67 |
-30 |
1,19 |
||||||||||||||
|
8 |
10 |
-9 |
0 |
0 |
1,36 |
|||||||||||||||
|
-8 |
-2,5 |
9,5 |
-0,5 |
0,2 |
100 |
-1,36 |
Таблица 4 – Результаты расчётов и экспериментов (, тумблер вправо)
|
20 В |
30 В |
40 В |
||||||||||||||||||
|
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
|
-2,5 |
28 |
1,5 |
13 |
0,47 |
43,1 |
-0,43 |
-5,5 |
56 |
5 |
30 |
0,54 |
56 |
-0,11 |
-4,5 |
48 |
3,8 |
25 |
0,53 |
76,8 |
-1,2 |
|
-2 |
30 |
1 |
15 |
0,5 |
40 |
-0,34 |
-5 |
58 |
4,5 |
30 |
0,52 |
58 |
-0,1 |
-4 |
50 |
3,5 |
27 |
0,54 |
74,1 |
-1,1 |
|
-1 |
47 |
0 |
20 |
0,43 |
47 |
-0,17 |
-4 |
67 |
3,5 |
32 |
0,48 |
62,8 |
-0,08 |
-3 |
65 |
2 |
33 |
0,51 |
78,8 |
-0,8 |
|
0 |
75 |
-1,2 |
35 |
0,47 |
42,9 |
0 |
-3 |
80 |
2 |
40 |
0,5 |
60 |
-0,06 |
-2 |
78 |
1 |
37 |
0,48 |
84,3 |
-0,5 |
|
-0,5 |
56 |
-0,5 |
25 |
0,45 |
44,8 |
-0,09 |
-2 |
98 |
0,5 |
45 |
0,46 |
65,3 |
-0,04 |
-1 |
90 |
0 |
40 |
0,44 |
90 |
-0,3 |
|
-1,5 |
35 |
0,5 |
15 |
0,43 |
46,7 |
-0,26 |
-1 |
105 |
0 |
50 |
0,48 |
63 |
-0,02 |
0 |
120 |
-1 |
55 |
0,46 |
87,3 |
0 |
|
0 |
140 |
-1,1 |
65 |
0,47 |
64,7 |
0 |
Таблица 5 – Результаты расчётов и экспериментов (, тумблер влево)
|
20 В |
30 В |
40 В |
||||||||||||||||||
|
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
, A |
н, рад/с |
I, A |
Ud,В |
kос |
, рад/с |
М, Н м |
|
3,2 |
-30 |
-2 |
-18 |
0,6 |
33,3 |
0,54 |
9 |
-60 |
-8 |
-32 |
0,53 |
56,3 |
0,18 |
8 |
-52 |
-7 |
-30 |
0,58 |
69,3 |
2,2 |
|
2 |
-45 |
-1 |
-21 |
0,47 |
42,9 |
0,34 |
8 |
-65 |
-7 |
-35 |
0,54 |
55,7 |
0,16 |
7 |
-60 |
-6 |
-32 |
0,53 |
75 |
1,9 |
|
-1 |
-58 |
0 |
-28 |
0,48 |
41,4 |
-0,17 |
7 |
-72 |
-6 |
-38 |
0,53 |
56,8 |
0,14 |
6 |
-70 |
-5 |
-36 |
0,51 |
77,8 |
1,6 |
|
0 |
-95 |
1,5 |
-45 |
0,47 |
42,2 |
0 |
6 |
-80 |
-5 |
-42 |
0,53 |
57,1 |
0,12 |
5 |
-80 |
-4 |
-40 |
0,5 |
80 |
1,4 |
|
0,5 |
-70 |
1 |
-31 |
0,44 |
45,2 |
0,09 |
5 |
-85 |
-4 |
-44 |
0,52 |
58,0 |
0,1 |
4 |
-86 |
-3 |
-42 |
0,49 |
81,91 |
1,1 |
|
2,5 |
-40 |
-1,2 |
-20 |
0,5 |
40 |
0,43 |
4 |
-90 |
-3 |
-46 |
0,51 |
58,7 |
0,08 |
2 |
-95 |
-0,6 |
-45 |
0,47 |
84,4 |
0,5 |
|
2 |
-100 |
-1 |
-50 |
0,5 |
60 |
0,04 |
||||||||||||||
|
1,5 |
-145 |
0 |
-68 |
0,47 |
64,0 |
0,03 |
Рисунок 2 – Семейство механических характеристик при (экспериментальные данные, прямое вращение)
Рисунок 3 – Семейство механических характеристик при ( теоретические данные, прямое вращение)
Рисунок 4 – Семейство механических характеристик при (экспериментальные данные, обратное вращение)
Рисунок 5 – Семейство механических характеристик при ( теоретические данные, обратное вращение)
Рисунок 6 – Семейство механических характеристик при (экспериментальные данные, прямое вращение)
Рисунок 7 – Семейство механических характеристик при (теоретические данные, прямое вращение)
Рисунок 8 – Семейство механических характеристик при (экспериментальные данные, обратное вращение)
Рисунок 9 – Семейство механических характеристик при (теоретические данные, обратное вращение)
6 Метрологическое обеспечение лабораторной работы
В процессе проведения лабораторной работы измерение экспериментальных данных производится с помощью электроизмерительных приборов, каждый из которых имеет определенный класс точности. Величина класса точности указана на шкале электроизмерительного прибора. Класс точности представляет собой максимальную абсолютную погрешность, приведенную к пределу измерения прибора [3]
, (11)
где κх – класс точности электроизмерительного прибора, %;
∆хmax – максимальная абсолютная погрешность измерения;
хm = хmax – xmin – пределы измерения прибора.
Из формулы (6) следует, что погрешность измерения будет равна
. (12)
Фактическое значение измеряемой величины будет находиться в пределах
, (13)
где хи – показание электроизмерительного прибора.
Для вычисления погрешности расчетных данных используется выражения для оценки погрешности функции приближенных аргументов [3]
, (14)
где df(x)/dxi – частные производные от расчетной формулы u = f(x) по измеряемым
параметрам xi;
n –количество измеряемых параметров, входящих в расчетную формулу u = f(x).
Фактические значения расчетных величин будут находиться в пределах
. (15)
Вывод
В данной лабораторной работе нами были изучены статические характеристики электропривода постоянного тока, сделаны необходимые вычисления, построены графики механических характеристик при встречном и согласном включении двигателей.
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Wрс
кос
Uзс
Uс
Мс
Uу
М
ω
Рисунок 1 – Структурная схема системы автоматического регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования момента
ω, рад/с
М, Н·м
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
ω, рад/с
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м
М, Н·м