Курсовая работа (т): Расчеты электрических схем на ЭВМ

Проверку двигателя по перегрузочной способности производят путем сравнения наибольшего момента нагрузки Мн, определяемого по графику нагрузки, с максимальным моментом двигателя Мmах = Мmax* Мном, где Mmax* - кратность максимального момента (для двигателей постоянного тока Мmax* = 2…2,5, для асинхронных двигателей - 1,6…2,5).

Необходимо выполнить условие

н< ku Mmax, (2.3.4)

где ku - коэффициент, учитывающий снижение напряжения.

При тяжелых условиях пуска проводят также проверку электродвигателя по пусковому моменту. Пусковой момент двигателя Мп = Мп*Мном > Мпс, где Мп* - кратность начального пускового момента, Мпс - момент сопротивления на валу двигателя при пуске.

Для повторно-кратковременного режима, когда периоды работы чередуются с паузами, при которых двигатель отключается или работает на холостом ходу, номинальная мощность электродвигателя определяется для одного из значений ПВ (15, 25, 40, 60%).

При многоступенчатом графике нагрузки эквивалентная мощность за период работы определяется по графику нагрузки

Рэкв = √(∑ Р²_ht_h) / (∑t_h), (2.3.5)

где Р_h - мощность двигателя в промежутке времени t_h, n - число ступеней цикла графика нагрузки. При одноступенчатом графике нагрузки Рэкв= Р. Продолжительность включения

ПВ = (∑ t_h) / (t_h + t₀) * 100%, (2.3.6)

где t₀ - время паузы. При одноступенчатом графике нагрузки

ПВ = t_р / (t_р + t₀) • 100%.

Мощность двигателя выбирают, исходя из условия

Рном ≥ Р р = Рэкв√ ПВ /ПВст,

где ПВст - стандартное значение ПВ, указанное в паспорте двигателя.

Коэффициенты k_м - механической перегрузки двигателя в кратковременном режиме при номинальном напряжении и k_т - тепловой перегрузки соответственно равны

_м = Ркр* = Ркр / Рном = М*,_т = Р²_кр* = М²_* = 1 / (1 - е^-t_{кр/ Т}), (2.3.7)

где tкр - время работы в кратковременном режиме (стандартные длительности периода кратковременной работы 10, 30, 60 и 90 минут), Т - постоянная нагрева двигателя (для асинхронных двигателей защищенного исполнения малой и средней мощности обычно принимают 15…60 минут).

При кратковременном режиме мощность Ркр двигателя, предназначенного для продолжительного режима работы,

Р_кр = Р_{ном *} √ k_т. (2.3.8)

Определение мощности двигателей для некоторых механизмов

Расчетную мощность двигателей выбирают по следующим формулам.

Для металлообрабатывающих станков

Рр = FSν_р / η_с, (2.3.9)

где F - удельное сопротивление резанию, S - сечение стружки, ν_р - скорость резания, η_с - КПД станка.

Для вентиляторов

Рр = Q_р / η_вη_п, (2.3.10)

где Q - производительность вентилятора, р - давление газа, η_в - КПД вентилятора, η_п - КПД передачи. Для насосов

Рр = QНν / η_нη_п, (2.3.11)

где Q - производительность насоса, Н - дифференциальный напор столба жидкости, ν - плотность жидкости, η_н - КПД насоса. Для компрессоров

Рр = QА / η_кη_н, (2.3.12)

где Q - производительность компрессора, А - работа, затрачиваемая на сжатие одного кубического метра газа до необходимого давления, η_к - КПД компрессора.

Для горизонтальных ленточных транспортеров

Рр = QfL / η_н, (2.3.13)

где Q - производительность транспортера, f - коэффициент трения, L - рабочая длина транспортера.

Для подъемных механизмов кранов

Рр = (G +G₀) ν / η_пм, (2.3.14)

где G - масса поднимаемого груза, G₀ - масса захватывающего приспособления, ν - скорость подъема, ν_пм - КПД подъемного механизма.

3. Постановка задачи

рассчитать электрическую схему (согласно варианту задания) классическим и операторным методами. Определить значение искомого тока;

выполнить теоретический расчет двигателя (согласно варианту задания), используя каталог двигателей выбрать двигателей согласно полученным расчетным данным, выполнить проверочный расчет выбранного двигателя;

разработать приложение на ЭВМ для выполнения расчетов, используя изученный язык программирования.

Математическая постановка задачи

Задание №1

Дана электрическая цепь, в которой происходит коммутация. В цепи действует постоянная э.д.с. Е. Параметры цепи приведены в табл. 1. Требуется определить закон изменения во времени тока после коммутации в одной из ветвей схемы или напряжения на каком-либо элементе или между заданными точками схемы.

На основании полученного аналитического выражения требуется построить график изменения искомой величины в функции времени в интервале от t=∞ до t=3 / |p|_мин, где |p|_мин - меньший по модулю корень характеристического уравнения.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема

Таблица 3.1 - Исходные данные к заданию 1

Вар.	Рис.	Е, В	L, мГн	С, мкФ	R1	R2	R3	R4	Определить
					Ом
9	5.4	100	1	10	50	25	25		i1

Задание №2

В таблице 3.2 приведены моменты М₁, М₂, М₃ нагрузки на валу двигателя для соответствующих участков графика нагрузки, время работы t₁ t₂, t₃ двигателя с заданными моментами нагрузки, время паузы t₀, частота вращения двигателя и коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения сети.

Определить для заданного варианта расчетную мощность двигателя и выбрать по каталогу асинхронный двигатель, предназначенный для привода механизма с циклическим графиком нагрузки в продолжительном или повторно-кратковременном режимах работы. Провести проверку двигателя по перегрузочной способности.

Таблица 3.2 - Исходные данные к заданию 2

№ п/п	M1, Нм	М2, Нм	Мз, Нм	T1, с	T2,с	T3, с	to, с	N2ном, об/мин	ku
9	20	15	10	5	10	5	60	935	0 85

4. Математическая модель решения задания 1

Дано:

Электрическая схема к заданию №1.= 100 В= 1 мГн

С = 10 мкФ₁ = 50 Ом₂ = 25 Ом₃ = 25 Ом

Расчет до коммутации

Схема до коммутации
₂ = 0 A

₁ =i₃=E/(R₂+R₃)=100/50= 2 A_c =E=i₃*(R₂+R₃)=2*50= 100 B

Классический метод

Электрическая схема после коммутации

Для определения коэффициента затухания составим характеристическое уравнение для схемы:

Приравняем к 0:

Приведем уравнение к квадратному, подставив значения:

₁(1/cp+R₃+R₂+Lp)+1/cp(R₃+R₂+Lp)=0₁/c+R₁(R₃+R₂) p+R₁Lp²+(R₃+R₂)/c+Lp/c=0

+2500p+0.05p²+5000000+100p=0

.05p²+2600p+10000000=0

Решим квадратное уравнение:

= -47817= -4182

Рассчитаем свободные и принужденные токи:

Определим постоянные интегрирования

₁= 0₂= -0,78

₁=

Операторный метод

Электрическая схема после коммутации (операторный метод)

Пользуясь схемой определим значения :

₁₁(p) = R1+1/Cp=50+100000/p Ом₂₂(p) = R2+R3+Lp+1/Cp=50+0,001p+100000/p Ом₁₂(p) = z21 (p) = -1/Сp=-100000/p Ом₁₁(p) = E/p-Uc (0-)/p=0 Ом₂₂(p) = Uc (0-)/p+L*i3 (0-)=100/p+0,002 Ом

Запишем каноническую систему уравнений:

₁₁(p)*z₁₁+I₂₂(p)*z₁₂=E₁₁₁₁(p)*z₂₁+I₂₂(p)*z₂₂=E₂₂

 

Подставляя данные получим следующую систему:

₁₁(p)*(50+100000/p)+I₂₂(p)*(-100000/p) = 0

I₁₁(p)*(-100000/p)+I₂₂(p)*(50+0,001p+100000/p) = 100/p+0,002

Для решения системы уравнений используем метод Крамера:

(0.05p²+2600p+10000000)=0

Решая квадратное уравнение получим:=0       p2=-4182             p3=-47817

Перейдем к оригиналу от изображения для нахождения I₁₁ и I₂₂

₁₁ = ₂₂ =

Откуда:

₁=I₁₁=₃=I₂₂=

5. Математическая модель решения задания 2

Дано:₁ = 20 Нм₂ = 15 Нм₃ = 10 Нм

Т₁ = 5 сек

Т₂ = 10 сек

Т₃ = 5 сек₀ = 60 сек₂ = 935 об/мин= 0,85

. Рассчитаем эквивалентный момент для двигателя по формуле:

. Рассчитаем расчетную мощность по формуле:

_p = 0,105*15,41*935=1512 Вт

. Рассчитаем продолжительность включения по формуле:

ПВ = (5+10+5) / (5+10+5+60) = 25%

. Выберем электродвигатель

Наиболее подходящий двигатель:

4АМ90L6У3

(1.5Квт 380в 935 об/мин 4.1А кпд 75% COSф0.74 вес 28.7 кг диаметр вала 24 мм)

5. Выполним проверку по перегрузочной способности:

Найдем максимальный момент двигателя

_max = 2,2 * 20 = 44 Нм

. Определим произведение

*Ku=44*0.85=37,4 Нм

. Проведем проверку, сравнив M_экв и М_max • Ku

Мэкв = 15,41 Нм*Ku==37,4 Нм

Отсюда , значит выбранный, по расчету, двигатель подходит для использования для поставленной задачи.

6. Современные методы программирования

Постановка задачи

На основе исходных данных, полученных у преподавателя, ведущего курс «Электротехника и электромеханика», разработать математическую модель расчета электрической цепи в соответствии с вариантом и реализовать ее на выбранном языке программирования в виде приложения Windows с графическим интерфейсом. Программа должна работать в интерактивном режиме с использованием различных меню пользователя. Реализация программы должна быть показана на контрольном примере с выдачей документов на принтер.

Выбор алгоритма и методов решения задач проектирования

Электрическая схема

Поставленную задачу следует решать двумя методами: классическим и операторным.

В процессе решения следует реализовать следующие математические методы:

Классический метод расчета переходных процессов

Классическим методом расчета переходных процессов называют метод расчета, в котором решение дифференциального уравнения представляет собой сумму принужденной и свободной составляющих, а определение постоянных интегрирования, входящих в выражение для свободного тока или напряжения, производят путем совместного решения системы линейных алгебраических уравнений по известным значениям корней характеристического уравнения, а также по известным значениям свободной составляющей тока или напряжения и ее производных, взятых при t=0₊.

Операторный метод расчета переходных процессов

Операторный метод расчета основан на использовании понятия об изображении функций времени. В операторном методе каждой функции времени соответствует функция новой переменной, обозначаемая р, и наоборот - функции переменной р отвечает определенная функция времени.

Переход от функции времени к функции р осуществляют с помощью преобразования Лапласа. Операторный метод позволяет свести операцию дифференцирования к умножению, а интегрирования - к делению.

Преобразование Лапласа

Условимся под р понимать комплексное число р = a + jb,

где а - действительная, b - мнимая части комплексного числа.

В дальнейшем коэффициент b (с учетом знака) принято называть мнимой частью. Функцию времени (I, U, э.д.с.) обозначают f(t) и называют оригиналом. Ей соответствует функция F(p) называемая изображением, определяется она так:

F(p) =f(t) e^-ptdt.

Соответствие между функциями F(p) и f(t) записывают так:

(p) _·=^· f(t).

Знак _·=^· называют знаком соответствия.

Программная реализация

Блок-схема программы представлена в приложении А

Листинг программы представлен в приложении Б

Краткие правила пользования программой

Кнопка «Рассчитать» - чтобы рассчитать;

Кнопка «Очистить» - чтобы очистить поля ввода и вернуться к значениям по умолчанию;

Кнопка «Сохранить график» - чтобы сохранить график в качестве.bmp файла;

Пункт меню «Файл -> Сохранить» - чтобы сохранить данные в файл;

Элемент «График» - для построения графика;

Поля(Эдиты) слева - для ввода данных;

Поля(Эдиты) по центру - для вывода данных;

Заключение

В ходе выполнения данной курсовой работы были закреплены знания полученные во время изучения разделов курса «Электротехника и электромеханика» посвященных расчетам переходных процессов в линейных электрических цепях и выбору электродвигателей. В дисциплине «Современные методы программировании» были изучены базовые средства объектно-ориентированных языков программирования.

Приложение А

Блок-схема к заданию 2.1

Приложение Б

Листинг программы задания 2.1

// -

#include<vcl.h>

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#include<conio.h>

#include<iostream.h>

#pragma hdrstop

#include «IniFiles.hpp»

#include «Graphics.hpp»

#define eps 1e-5

#include «Unit1.h»

// -

#pragma package (smart_init)

#pragma resource «*.dfm»

a;

func (float x, float a, float a1, float a2, float p1, float p2)

{yS;y, zn;

=a+a1*exp (p1*x)+a2*exp (p2*x);y;

}

TForm1 *Form1;

// -

__fastcall TForm1:TForm1 (TComponent* Owner)

: TForm(Owner)

{

}

// -

__fastcall TForm1: FormCreate (TObject *Sender)

{

*Ini=new TIniFile («H:\\options.ini»);

->Top=Ini->ReadInteger («TopLeft», «Top», 0);->Left=Ini->ReadInteger («TopLeft», «Left», 0);->Edit1->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit1», 0);->Edit2->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit2», 0);->Edit3->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit3», 0);->Edit4->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit4», 0);->Edit5->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit5», 0);->Edit6->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit6», 0);->Edit8->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit8», 0);->Edit9->Text=Ini->ReadString («Edits», «Edit9», 0);->Color=StringToColor (Ini->ReadInteger («Biba», «FormColor», 0));->Font->Style = TFontStyles();

(Ini->ReadBool («Biba», «StyleBold», false))->Font->Style = Form1->Font->Style << fsBold;(Ini->ReadBool («Biba», «StyleItalic», false))->Font->Style = Form1->Font->Style << fsItalic;(Ini->ReadBool («Biba», «StyleUnderline», false))->Font->Style = Form1->Font->Style << fsUnderline;(Ini->ReadBool («Biba», «StyleStrikeOut», false))->Font->Style = Form1->Font->Style << fsStrikeOut;

}

// -

__fastcall TForm1: Button1Click (TObject *Sender)

{->Cursor=crHourGlass;

e, l, c, r1, r2, r3, r4;

((Edit1->Text. IsEmpty()) || (Edit2->Text. IsEmpty()) || (Edit3->Text. IsEmpty())

|| (Edit4->Text. IsEmpty())|| (Edit5->Text. IsEmpty())|| (Edit6->Text. IsEmpty()))

{

}

{

//Series1->Clear();=StrToFloat (Edit1->Text);=StrToFloat (Edit2->Text);=StrToFloat (Edit3->Text);=StrToFloat (Edit4->Text);=StrToFloat (Edit5->Text);=StrToFloat (Edit6->Text);

/*=150;=0.004;=0.000005;=6;=10;=5;=4;

*/

// -Рассчет до коммутации-

i2d=0;i4d=0;i1d=e/(r2+r3);ucd=i1d*(r2+r3);

// -Операторный метод-

//p0=p^-2 и т.д. (логика?)

op z11, z22, z12, e11, e22, d, d1, d2;

z22.p3=l;.p2=r2+r3;.p1=1/c;.p0=0;

.p0=0;.p1=-1/c;.p2=0;.p3=0;

.p1=e-ucd;.p0=0;.p2=0;.p3=0;

.p0=0;.p1=ucd;.p2=l*i1d;.p3=0;

// -Считаем систему-

=(z11*z22) - (z12*z12);=(e11*z22) - (e22*z12);=(z11*e22) - (z12*e11);

p1=(-1*d.p2+sqrt (d.p2*d.p2-4*d.p3*d.p1))/(2*d.p3), p2=(-1*d.p2-sqrt (d.p2*d.p2-4*d.p3*d.p1))/(2*d.p3);

class op f;.p0=0;.p1=d.p1;.p2=d.p2*2;.p3=d.p3*3;

i111=(d1.p1*0+d1.p0)/(f.p3*0+f.p2*0+f.p1);i112=(d1.p1*p1+d1.p0)/(f.p3*(-p1)+f.p2*p1+f.p1);i113=(d1.p1*p2+d1.p0)/(f.p3*(-p2)+f.p2*p2+f.p1);

i221=(d2.p1*0+d2.p0+d2.p2*0)/(f.p3*0+f.p2*0+f.p1);i222=(d2.p1*p1+d2.p0+d2.p2*p1)/(f.p3*(-p1)+f.p2*p1+f.p1);i223=(d2.p1*p2+d2.p0+d2.p2*p2)/(f.p3*(-p2)+f.p2*p2+f.p1);

// ****Классический метод****

p1k, p2k;aa, bb, cc, disc;

=r1*l;=(r1*(r2+r3))+l/c;=r1/c+(r3+r2)/c;

=bb*bb-4*aa*cc;

k=(-1*bb+sqrt(disc))/(2*aa);k=(-1*bb-sqrt(disc))/(2*aa);

float ipr, isv, a1, a2;=e/(r1+r2+r3);=e/r1-ipr;

/*i1pr=0, i4pr=0;i1sv=i1d-i1pr;i1div=(i4d-i4pr)*r2/l;a1, a2;

=(i1div-i1sv*p1k)/(p2k-p1k);=i1sv-a2;

*/

/*(«p1k»);(p1k);(«p2k»);(p2k);

*/

/*(«a1»);(a1);(«a2»);(a2);

*/

/*(«go d»);(d.p0);(d.p1);(d.p2);(d.p3);(«go d1»);(d1.p0);(d1.p1);(d1.p2);(d1.p3);(«go d2»);(d2.p0);(d2.p1);(d2.p2);(d2.p3);(«go p»);(p1);(p2);

(«go i11»);(i111);(i112);(i113);(«go i22»);(i221);(i222);(i223);

*/ a1=i112; a2=i113;

 //float p1=0, p2=-5625;

//float i11=(-0.8*p1-7000)/(0.16*p1+900)*exp(p1)

x=0;xk=0.001;h=0.00001;y;(float x=0; x<xk+eps; x=x+h)

{->AddXY (x, func (x, ipr, a1, a2, p1k, p2k), "», clLime);->AddXY (x, func (x, i111, i112, i113, p1, p2), "», clRed);

}

->Text=FloatToStrF (ipr, ffFixed, 8,2)+FloatToStrF (a1, ffFixed, 8,2)+"*E^(«+FloatToStrF (p1k, ffFixed, 8,2)+») t»+FloatToStrF (a2, ffFixed, 8,2)+"*E^(«+FloatToStrF (p2k, ffFixed, 8,2)+») t»;->Text=FloatToStrF (i111, ffFixed, 8,2)+FloatToStrF (i112, ffFixed, 8,2)+"*E^(«+FloatToStrF (p1, ffFixed, 8,2)+») t+ "+FloatToStrF (i113, ffFixed, 8,2)+"*E^(«+FloatToStrF (p2, ffFixed, 8,2)+») t»;

}

->Cursor=crDefault;

}

// -

__fastcall TForm1: Edit1KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit1->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -

__fastcall TForm1: Edit2KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit2->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -

__fastcall TForm1: FormCloseQuery (TObject *Sender, bool &CanClose)

{*Ini=new TIniFile («H:\\options.ini»);

//Chart1->SaveToBitmapFile («E:\\Biba.bmp»);>WriteInteger («TopLeft», «Top», Form1->Top);>WriteInteger («TopLeft», «Left», Form1->Left);>WriteString («Edits», «Edit1», Form1->Edit1->Text);>WriteString («Edits», «Edit2», Form1->Edit2->Text);>WriteString («Edits», «Edit3», Form1->Edit3->Text);>WriteString («Edits», «Edit4», Form1->Edit4->Text);>WriteString («Edits», «Edit5», Form1->Edit5->Text);>WriteString («Edits», «Edit6», Form1->Edit6->Text);>WriteString («Edits», «Edit8», Form1->Edit8->Text);>WriteString («Edits», «Edit9», Form1->Edit9->Text);>WriteString («Biba», «FormColor», ColorToString (Form1->Color));

>WriteBool («Biba», «StyleBold», Form1->Font->Style. Contains(fsBold));>WriteBool («Biba», «StyleItalic», Form1->Font->Style. Contains(fsItalic));>WriteBool («Biba», «StyleUnderline», Form1->Font->Style. Contains(fsUnderline));>WriteBool («Biba», «StyleStrikeOut», Form1->Font->Style. Contains(fsStrikeOut));

}

// -

__fastcall TForm1: About1Click (TObject *Sender)

{(«Dan Dolya Indastries ©»);

}

// -

__fastcall TForm1: Exit1Click (TObject *Sender)

{(mrOk==MessageDlg («Вы действительно хотите выйти?», mtConfirmation,() <<mbOK<<mbCancel, 0))

{();

}{

}

}

// -

__fastcall TForm1: Button2Click (TObject *Sender)

{->Text=100;->Text=0.001;->Text=0.00001;->Text=50;->Text=25;->Text=25;->Clear();->Clear();

}

// -

__fastcall TForm1: Font1Click (TObject *Sender)

{(FontDialog1->Execute())

{->Font=FontDialog1->Font;

}

}

// -

__fastcall TForm1: FormColor1Click (TObject *Sender)

{(ColorDialog1->Execute())

{->Color=ColorDialog1->Color;

}

}

void __fastcall TForm1: Edit3KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit3->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -

__fastcall TForm1: Edit4KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit4->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -

__fastcall TForm1: Edit5KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit5->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -

__fastcall TForm1: Edit6KeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{(((Key>='0') && (Key<='9')) || (Key==DecimalSeparator) || (Key==VK_BACK) || (Key==45))

{(Key=='-') {((Edit6->Text).IsEmpty()==false)

{=0;

}

}

}=0;

}

// -__fastcall TForm1: Button3Click (TObject *Sender)

{(SaveDialog1->Execute())

{->SaveToBitmapFile (SaveDialog1->FileName);

}

}

// -

__fastcall TForm1: FormResize (TObject *Sender)

{

(Form1->Width<1100)->Width=1100;

(Form1->Height<621)->Height=621;

}

// -

__fastcall TForm1: FormKeyPress (TObject *Sender, char &Key)

{

//if (Key==112)

//ShellExecute (Handle, «open», «help.chm», NULL, NULL, SW_RESTORE);

}

// -

void __fastcall TForm1:N1Click (TObject *Sender)

{(Handle, «open», «help.chm», NULL, NULL, SW_RESTORE);

}

// -

__fastcall TForm1:N2Click (TObject *Sender)

{

*file = new TStringList;

>Add («e= «+Edit1->Text);>Add («l= «+Edit2->Text);>Add («c= «+Edit3->Text);>Add («r1= «+Edit4->Text);>Add («r2= «+Edit5->Text);>Add («r3= «+Edit6->Text);>Add («Ik= «+Edit8->Text);>Add («Io= «+Edit9->Text);

>SaveToFile («H:\\Znacheniya.txt»);

}

// -