机电系统动力学建模及仿真的研究

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在机电系统运行的过程中,由于工作条件的变化和随机外负载的干扰,使得感应电动机所受的外负载转矩发生变化,而在感应电动机运行过程中,外负载转矩直接影响电动机的转速。同时机电系统在各个工况所受的外负载的变化通常与系统动力学特性有关,而呈现出一定的规律性变化。所以如果能够找到这种变化规律,就可以对机械系统和电机系统进行更好的设计和控制。由于目前传感器技术的限制,外负载的直接检测是非常困难的。本文以此为出发点,通过研究电机运行过程中定子电流与外负载变化的关系,确定了电流与负载之间的定量关系。也就是通过检测定子电流来预测外负载及其变化规律,而定子电流的检测是比较简单的。对于转速的变频调速控制,本文利用定子电流与转差率的关系,以及转速与外负载的关系,进行了仿真验证。并对鼠笼式异步电机定子变频调速系统进行了理论分析研究。 本文主要完成的研究工作如下: (1)对电机的转速、角位移、电流和电压的相位差几个参数的检测电路及控制柜等部件进行设计。 (2)建立感应电机——渐开线圆柱齿轮——绳索——挖掘机铲斗系统的耦合动力学模型,分析了机电耦合系统的动力学特性。 (3)利用系统电机模型,使用Microsoft Visual C++进行编程仿真,通过绘制的仿真曲线对负载与电流和转速的关系进行讨论,并对机电系统的动力学进行简单的仿真试验,从中找到适合本系统的变频调速方法。
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