CC BY
8УДК 621.313.2
Ю.А. Кузьмина, С.Ю. Труднев
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: 8963832124 7kuz@gmail. com
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА
НА ХОЛОСТОМ ХОДУ
Материал посвящен исследованию работы двигателя постоянного тока. Представлено математическое описание работы двигателя постоянного тока, согласно которой на основе преобразований Лапласа собрано передаточное звено. На основе звена построена компьютерная модель двигателя постоянного тока, построены и проанализированы зависимости входного напряжения и частоты вращения двигателя постоянного тока. Доказана целесообразность модели.
Ключевые слова: двигатель, напряжение, частота вращения, модель.
Yu.A. Kuzmina, S.Yu. Trudnev
Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003 e-mail: 8963832124 7kuz@gmail. com
INVESTIGATION OF THE OPERATION OF A DC MOTOR AT IDLE
The material is devoted to the study of the operation of a DC motor. A mathematical description of the operation of a DC motor is presented, according to which a transmission link is assembled on the basis of Laplace transformations. Based on the link, a computer model of a DC motor is constructed, the dependences of the input voltage and the frequency of rotation of the DC motor are constructed and analyzed. The expediency of the model is proved.
Key words: engine, voltage, speed, model.
Двигатели постоянного тока нашли широкое применение в автономных системах питания, а также в устройствах электроинструментов.
По способу создания магнитного потока различают электродвигатели с постоянными магнитами и электромагнитами.
Электродвигатели с постоянными магнитами в силу относительно слабого магнитного потока изготовляют только небольшой мощности. Их используют в системах управления в качестве серводвигателей.
Для привода рабочих машин применяются двигатели с электромагнитами, которые по способу включения обмоток, называемых обмотками возбуждения, подразделяются на двигатели с независимым, параллельным, последовательным и смешанным возбуждением. Широкий диапазон применения электродвигателей совершенно в разных системах создает небольшие трудности при испытаниях таких систем на натурных макетах, однако моделирование электрических машин позволят решить данную проблему, так как все недостатки можно устранить на этапах моделирования электропривода постоянного тока.
Одним из анализов работы машины постоянного тока является анализ механической характеристики. Механической характеристикой электродвигателя называется зависимость частоты вращения от вращающего момента на его валу при неизменной схеме включения и постоянных параметрах питающей сети и элементов цепей якоря и возбуждения.
Аналитическое выражение механической характеристики двигателя может быть получено из соотношений, приведенных в курсе общей электротехники.
Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития
Двигатель постоянного тока работает по закону Фарадея:
Е = КФю.
С другой стороны, по закону Кирхгофа
и = 4 Я +() / Ж; и = /я Я +(АД,) / Ж;
М = КФ1.
(1) (2) (3)
Имеем два дифференциальных уравнения, решение которых проще всего найти через моделирование передаточной функции в МаАаЬ. На основании уравнений (1-3) составляем передаточное звено и структурную схему работы двигателя постоянного тока (рис. 1).
Рис. 1. Структурная схема двигателя постоянного тока
Для построения характеристик зависимости входного и выходного сигнала (V от ю) воспользуемся программой МаАаЬ.
На рис. 2 изображена модель работы двигателя постоянного тока, можно проанализировать механическую характеристику двигателя постоянного тока.
Рис. 2. Компьютерная модель работы двигателя постоянного тока
Как видно на рис. 2, компьютерная модель двигателя постоянного тока работает на холостом ходу. При запуске модели были получены результаты, представленные на рис. 3.
-1- Напряжение
Частота вращения
1\
/ / • / / -................................ / / 1 \\ \\ \\ ........................f........4.........j.......................{.....................-
0 - Ток якоря
i 1 i i V/ \1/ Г 1 / I 1
ОЛ 0.4 0.0 0.8 1.2 1.4 1Л 1.6 2
Рис. 3. Результаты моделирования
Имитационное моделирование было разделено на три временных промежутка. В первый промежуток времени (от 0 с до 0,45 с) напряжение на входе двигателя повышалось, затем во втором промежутке времени (от 0,45 с до 1,4 с) напряжение на входе оставалось постоянным, и на третьем участке напряжение начало снижаться. Как показывают результаты имитационного моделирования (на рис. 3), частота вращения двигателя изменялась пропорционально напряжению, что подтверждает закон регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока, а значит - адекватность компьютерной модели.
Процесс имитационного регулирования в программе Matlab путем создания моделей передаточных звеньев, полученных через преобразования Лапласа, позволяет значительно упростить схему моделирования. Применение звеньев в системах электропривода позволит получить полное представление о выходных характеристиках двигателя постоянного тока.
Литература
1. Важное А.И. Электрические машины. - М.: Госэнергоиздат, 1963. - 362 с.
2. Абакумов А.М., Тулупов П.В., Чабанов Ю.А. Электрический привод. Ч. 1. Электроприводы постоянного тока: Учеб. пособ. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010 - 123 с.
3. Марченко А.А., Онищенко О.А., Труднев С.Ю. Исследование модели асинхронного двигателя // Вестник АГТУ. Морская техника и технология. - 2014. - № 29. - С. 17-24.
