Разработка и исследование адекватной модели двухмассового динамического стенда - Магистерская работа

Они позволяют просто и эффективно управлять такими сложными объектами как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД), что в свою очередь, позволяет существенно расширить область его применения, почти полностью вытесняя из автоматизированных управляемых приводов двигатели постоянного тока. Это связано в первую очередь с развитием силовой электроники, позволяющей создавать надежные и относительно дешевые преобразователи, а также с развитием быстродействующей микроэлектроники, способной реализовать алгоритмы управления практически любой сложности. Первым этапом процесса развития АВП была разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, которая началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов ХХ века.Создание математических моделей электрических машин для установившихся и переходных режимов - важная задача математической теории электрических машин, так как, при помощи уравнений, достаточно точно описывающих процессы преобразования энергии в ЭП, позволяет изучать поведение и реакцию приводов в различных режимах работы и при различных воздействиях на них. В своей работе Копылов моделирование асинхронного двигателя рассматривает как моделирование идеализированных обобщенной двухфазной и трехфазной машин в различных системах координат и в различных формах электрических полей. Динамика обобщенной машины описывается четырьмя уравнениями электрического равновесия в цепях ее обмоток и уравнением электромеханического преобразования энергии, которое выражает электромагнитный момент машины М как функцию электрических и механических координат системы, в системе координат, жестко связанной с неподвижным статором (?, ?), с ротором (d, q). выпустили книгу "Управление электроприводами" в 1982 г, в которой рассматривают принципы построения автоматических систем управления электроприводами. В своей книге автор представил математическое описание электропривода с асинхронным двигателем и разомкнутой системой регулирования, математическое описания электропривода с асинхронным двигателем и разомкнутой системой управления в виде структурных схем, электроприводы с синхронными и вентильно-индукторными двигателями, преобразователи частоты в системе частотного регулирования скорости электропривода переменного тока, электроприводы с вентильными двигателями на основе синхронных машин с постоянными магнитами.В данном разделе предложено описание аналитических методов математического моделирования электромеханических систем, которые используются для следующих основных в режимов работы двигателей - пуск, торможение, реверс, наброс и сброс нагрузки [16]. Линейная электромеханическая система - это такая система, в которой основные характеристики (по управлению и возмущению) описываются линейными функциями, а саму систему можно представить состоящей из типовых динамических звеньев. В свою очередь, нелинейная электромеханическая система - это система, содержащая хотя бы один нелинейный элемент, то есть элемент, в котором связь между входом и выходом описывается нелинейной функцией. Для получения уравнений, описывающих статический режим работы электромеханической системы, достаточно в систему дифференциальных уравнений для динамического режима приравнять производные координат электромеханической системы к нулю. Основной задачей математического моделирования электромеханической системы является решение описывающей ее системы дифференциальных уравнений и дальнейший анализ этого решения.При помощи аналитических методов выбирается релевантная информация из всей имеющейся, которая получена в результате первичной обработки конкретных данных. Фактически разница между методом и теорией имеет функциональный характер, формируясь как теоретический результат предыдущего исследования, метод является исходным пунктом и условием будущих исследований. Чтобы быть эффективным, наблюдение должно отвечать следующим требованиям: задуманное заранее (наблюдение проводится для определенной четко поставленной задачи), планомерность (выполняется по плану, составленным соответственно поставленной задаче), целенаправленность (наблюдаются лишь определенные стороны явления, вызывающие интерес при исследовании) активность (исследователь активно ищет необходимые объекты. черты, явления) систематичность (исследование ведется непрерывно или по определенной системе). Метод сравнения будет результативным при условиях: сравниваются только те явления, между которыми возможна некоторое объективное сходство, сравнение должно осуществляться по наиболее важными, существенными (в плане конкретной задачи) чертами, Разные объекты или явления могут сравниваться непосредственно или косвенно через их сравнение с любым другим объектом (эталоном). Сравнение же объектов с эталоном дает возможность получить количественные характеристики.Обобщенная электрическая машина (ОЭМ) является математической моделью, описывающей процессы электромеханического преобразования энергии в электрических машинах как

Содержание

Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов

Введение

1. Анализ состояния вопроса

1.1 Обзор литературных источников

2. Методы исследований

2.1 Методы математических исследований

2.2 Методика экспериментальных исследований

3. Теоретические исследования двухмассового динамического стенда на базе математической модели

3.1 Понятие обобщенной электрической машины

3.2 Математическое описание асинхронного двигателя как обобщенной электрической машины

3.3 Расчет параметров математической модели асинхронного двигателя

3.4 Исследование асинхронного двигателя на модели в двухфазной системе координат (? - ?)

3.5 Исследование асинхронного двигателя на модели в трехфазной системе координат

3.6 Исследование асинхронного двигателя на модели в SIMPOWERSYSTEMS

3.7 Исследование двухмассового стенда с асинхронным двигателем на модели в двухфазной системе координат (? - ?)

3.8 Исследование двухмассового стенда с асинхронным двигателем на модели в трехфазной системе координат

4. Экспериментальные исследования двухмассового динамического стенда

4.1 Виды математических моделей и понятие адекватной модели

4.2 Обработка экспериментальных данных. Общие выводы

5. Практическое дополнение результатов исследования

5.1 Техническая разработка лабораторного стенда на базе асинхронного двигателя АИР56А4У3

5.1.1 Назначение установки АИР56А4У3

5.1.2 Внешний вид лабораторной установки

5.1.3 Устройство и работа установки АИР56А4У3

5.2 Охрана труда

5.2.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе на лабораторной установке АИР-56А4У3

5.2.2 Разработка мероприятий для обеспечения безопасных условий труда

5.2.3 Расчет защитного заземления

5.3 Экономическое обоснование

5.3.1 Сущность и актуальность созданной установки АИР-56А4У3

5.3.2 Анализ предлагаемой лабораторной УСТАНОВКИАИР-56А4У3

5.3.3 Расчет капитальных затрат на создание установки АИР-56А4У3

5.3.4 Расчет эксплуатационных затрат лабораторной установки АИР-56А4У3

5.3.5 Обоснование экономической эффективности лабораторной установки АИР-56А4У3

Вывод

Список используемой литературы

Современные системы векторного управления прошли долгий путь развития и в настоящее время являются наиболее распространенными среди систем электропривода переменного тока. Они позволяют просто и эффективно управлять такими сложными объектами как асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АД), что в свою очередь, позволяет существенно расширить область его применения, почти полностью вытесняя из автоматизированных управляемых приводов двигатели постоянного тока. Это связано в первую очередь с развитием силовой электроники, позволяющей создавать надежные и относительно дешевые преобразователи, а также с развитием быстродействующей микроэлектроники, способной реализовать алгоритмы управления практически любой сложности. Поэтому высококачественный асинхронный векторный электропривод в настоящее время является по существу техническим стандартом.

Первым этапом процесса развития АВП была разработка универсальной векторно-матричной математической модели, получившей название обобщенной электрической машины, которая началась в конце 20-х годов и завершилась в конце 40-х годов ХХ века. Эта модель позволяет описывать электромагнитные процессы в идеализированной электрической машине с помощью аппарата линейной алгебры. Практическое использование модели было отложено на несколько десятилетий, т.к. при ручных расчетах она не давала каких-либо преимуществ, но требовала существенных вычислительных затрат, теоретически же ее успешно использовали для анализа переходных процессов в электрических машинах.

Был предложен принцип построения системы управления асинхронным двигателем, в котором использовалась векторная модель АД с ориентацией системы координат по потокосцеплению ротора. Сущность предложенного метода, получившего впоследствии название векторного, заключалась в использовании в системе управления передаточных функций обратных по отношению к передаточным функциям векторной модели АД, что позволяло получить в качестве независимых входных переменных системы величины, входящие в уравнение электромагнитного момента. Поэтому этот принцип называется также прямым управлением моментом. Кроме того, для упрощения задачи в векторной модели АД использовалась система координат, ориентированная по одному из векторов, входящих в уравнение электромагнитного момента, что существенно упрощало передаточные функции системы и позволяло определить момент двумя независимыми переменными аналогично тому, как это делается в двигателях постоянного тока асинхронный двигатель лабораторный стенд