Современные методы программирования и теоретические основы электротехники

Министерство образования и науки  Украины

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Факультет Информационных Технологий

Кафедра автоматизации технологических  процессов и производств

 

 

 

Пояснительная записка

к смешанной курсовой работе по дисциплинам:

 «Современные  методы программирования»

и

«Теоретические  основы электротехники»

 

 

                                                                                 Выполнил:

                                                                                     студент группы МА-10

                                                                                     Михайленко А.С.

Проверили:

    доцент, к.т.н.

    Добровольская  Л.А.,

    старший преподаватель

    Щербаков  С.В.

 

Мариуполь, ПГТУ

2012г.

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка объемом 52 с., 4 рис., 1 блок - схема.

 

Целью данного курсового проекта является получение законов изменения  электрических величин во времени, а так же расчет параметров и подбор двигателей. Для этого необходимо изучить методику расчета электрических  цепей и расчетов двигателей. Решение  должно быть получено в результате выполнения соответствующей программы  для ЭВМ, составленной самим студентом.

Ключевые слова: коммутация цепи, закон  изменения во времени тока, законы коммутации, классический метод расчёта, операторный метод расчёта,  переходные процессы, электродвигатель, асинхронный  электродвигатель, повторно-кратковременный  режим работы,  среда разработки, Builder 6, интерфейс, дистрибутив, методы, свойства, объект. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5

2. ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ 6

3. ВЫБОР АЛГОРИТМА И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 7

3.1 МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛА ДЮАМЕЛЯ 7

3.2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА 11

3.3  ТРЕХФАЗНЫЕ АСИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ 15

4.  ПРОГРАМНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ 19

4.1 C++BUILDER 6 19

4.2 ОПИСАНИЕ ФУНКЦИЙ 22

4.3 КОД ПРОГРАММЫ. 23

4.4 БЛОК – СХЕМА ВЫВОДА ГРАФИКОВ 51

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52

ЛИТЕРАТУРА. 53

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта  является получение законов изменения  электрических величин во времени, расчет машин в режиме двигателя и генератора, а так же асинхронных двигателей. Для этого необходимо изучить методику расчета электрических цепей и расчетов двигателей. Решение должно быть получено в результате выполнения соответствующей программы для ЭВМ, составленной самим студентом.

C++Builder 6 - это  мощная система визуального объектно-ориентированного  программирования, позволяющая решать  множество задач, в частности:

1. Создавать законченные приложения для Windows самой различной направленности, от чисто вычислительных и логических, до графических и мультимедиа.

2. Быстро создавать (даже начинающим  программистам) профессионально  выглядящий оконный интерфейс  для любых приложений, написанных  на любом языке. В частности,  с помощью C++Builder можно объединить  в единую систему с удобным  современным интерфейсом имеющиеся  на предприятии прикладные программы  DOS, Windows и др. Интерфейс удовлетворяет  всем требованиям Windows и автоматически  настраивается на ту систему,  которая установлена на компьютере  пользователя, поскольку использует  многие функции, процедуры, библиотеки Windows.

3. Создавать мощные системы  работы с локальными и удаленными  базами данных любых типов.  При этом имеются средства  автономной отладки приложений  с последующим выходом в сеть.

1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В ходе выполнения курсовой работы необходимо разработать программу, которая  позволит:

• рассчитывать параметры заданной схемы четырехполюсника методом интеграла Дюамеля;
• рассчитывать параметры схем МПТ в режиме генератора и в режиме двигателя;
• рассчитывать и подбирать асинхронные двигатели в зависимости от входных параметров;
• представлять полученные данные в удобном для пользователя виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

В данной работе входными данными  являются параметры цепи, вводимые пользователем во время работы программы. Собственно сама электрическая схема, построенная согласно заданию на курсовой проект и являющаяся неизменной. Параметры асинхронного двигателя, МПТ в двух режимах и четырехполюсника, вводимые во время работы приложения.

Выходными данными являются рассчитанные законы изменения напряжения на определенном элементе цепи. Выходные параметры МПТ, а также графики асинхронных двигателей. Сформированный отчет по определенному разделу приложения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВЫБОР АЛГОРИТМА И МЕТОДОВ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

3.1 МЕТОД РАСЧЕТА ИНТЕГРАЛА ДЮАМЕЛЯ

 

          Расчет переходных процессов с помощью интеграла Дюамеля

      При использовании интеграла Дюамеля переменную, по которой произво-дится интегрирование, обозначают , а момент времени, в который надо

найти ток в цепи, обозначают через t. Пусть к цепи с нулевыми начальными условиями в момент времени t = 0  подключается напряжение (рис. 54).

     Чтобы найти ток  в цепи в момент времени t , заменим плавную кривую ступенчатой и просуммируем токи от начальных напряжений u(0) и от всех ступенек напряжений, вступающих в действие с запаздыванием во времени.

     Напряжение u(0) в момент времени t вызовет в цепи ток u(0) g(t), где g(t)- переходная проводимость. В момент времени возникает скачок напряжения . Чтобы найти составляющую тока в момент времени t, вызываемую этим скачком напряжения , необходимо умножить на значение переходной проводимости с учетом времени действия скачка до момента времени t.τΣ

                        Рис. 1 -  К выводу интеграла Дюамеля

       Это время равно  , следовательно, приращение тока от этого скачка равно .

     Полный ток в момент  времени t получим, если просуммируем все частичные токи от отдельных скачков и прибавим их к току u(0) g(t):

     Число членов суммы  равно числу ступенек напряжения. Следовательно, ступенчатая кривая  тем лучше заменяет плавную  кривую, чем больше число ступенек. С этой целью заменим конечный  интервал времени  на бесконечно малый и перейдем от суммы к интегралу:

                                    

                                      (9)

     Формулу ( 9 ) называют интегралом Дюамеля.

    Порядок выполнения  расчетов с помощью интеграла  Дюамеля 

1.Определяем переходную проводимость g(t) при определении тока в соответствующей ветви ( или переходную функцию по напряжению k(t) при определении  напряжения, приложенного к рассматриваемой ветви)  для исследуемой цепи.

2.Определяем g(t-τ). С этой целью в формуле для   g(t) заменяют  t на . Ана-логично поступают с k(t),заменяя её на k(t- τ).

3. Определяем  . Для этого находим производную от заданного напряжения         u(t) по времени и в полученном выражении заменяют t на .

4. Подставляем найденные на этапах 1, 2, 3 функции в формулу (9), интегрируем  по переменной  с учётом  установленных пределов.

 

    Рассмотрим применение  интеграла Дюамеля для расчёта  переходного процесса в  схеме  (рис. 55б) при подаче на её  вход импульса напряжения, изображённого  на рис.55а. 

Значения параметров схемы примем, как в рассмотренном ранее  примере:

R= 1 кОм, C= 100 мФ. Параметры сигнала: А=1 В, b = 10, t – время, сек.

 

                             

                       а)                                                б)

                  Рис. 2  К расчёту переходного процесса с помощью интеграла

                                 Дюамеля

 

      Переходная функция  по напряжению для рассматриваемой  схемы была определена ранее  и равна

                                            k (t) = 1 – e ^{– 10 t} .

     Интеграл Дюамеля в этом случае запишется в виде

                                                                                                   t

                          U _вых =  U_вх (0) k (t) + ∫ U’(τ) k (t – τ) d τ .

                                                                                                  0

     Значения величин,  входящих в интеграл Дюамеля:

 

 

                   U_вх (0)=А=1; U’(τ) =-b=-10; k (t – τ)= 1 – e ^{– 10 ( t- τ)}.

Подставляя эти величины в интеграл Дюамеля, имеем:

                                                            t

U _вых =1(1 – e ^{– 10 t}) +  ∫ (-10)( 1 – e ^{– 10 ( t- τ)}) d τ =

                                                            0

                                          t                                  t                                                                                                             t

=1 – e ^{– 10 t} – 10 ∫ d τ+ 10 e^{-10 t} ∫e^{10 τ} d τ =  1 – e ^{– 10 t} – 10 t+ 10 e^{-10 t}(0.1e^{10 τ}|  )=

                                         0                                  0                                                                                                             0

 

= 1 – e ^{– 10 t} – 10 t+ e^{-10 t}(e^{10 t}-1)= 1 – e ^{– 10 t} – 10 t+1 – e^{- 10 t}= 2 – 2e^{- 10 t}-10 t.

 

            Окончательно имеем, что в результате действия импульса заданной формы напряжение на выходе электрической цепи будет изменяться в интервале     0 ≤ t ≤ 0.1 c по закону

                                         U _вых = 2 – 2e^{- 10 t}-10 t.               

                                

Рис. 3    Зависимости U _вых (t) при воздействии на схему различных    импульсов напряжения

 

       На рис. 56 показаны построенные  с помощью ЭВМ зависимости  U _вых (t) при воздействии на схему единичного скачка напряжения (1) и при воздействии на схему импульса напряжения рис. 45а (2).

            Видно, что на ёмкости С в первом случае напряжение будет равно ≈ 0.63 В, а во втором случае остаточное напряжение будет равно ≈ 0.27 В после окончания действия импульса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА                                          Общие положения и формулы

 

 1. Машина постоянного тока (МПТ) — электрическая машина, обмотка якоря которой соединена с электрической сетью постоянного тока с помощью механического (коллектор) или полупроводникового преобразователя частоты. Машины постоянного тока классифицируются: а) по назначению - - генераторы (ГПТ) и двигатели (ДПТ) постоянного тока; б) по способам возбуждения (в зависимости от того, как обмотка возбуждения включена по отношению к обмотке якоря): с независимым, параллельным, последовательным, смешанным возбуждением (МПТ имеет одну последовательную и одну параллельную обмотки возбуждения), с постоянными магнитами.

Номинальный режим - режим работы МПТ при условиях, для которых она предназначена заводом-изготовителем.

Соответствующие номинальному режиму мощность, напряжение на главных зажимах машины, ток, частота  вращения, КПД называются номинальными и указываются на заводской табличке (паспорте), прикрепленной к корпусу машины.

Основные формулы, описывающие электромагнитные процессы в МПТ как в генераторном, так и двигательном режимах работы, следующие.

ЭДС якоря (ЭДС параллельной ветви обмотки якоря)

         

             ,                                                 (1.1)

 

где - постоянная, N – число активных проводников в обмотке якоря, р - число пар главных полюсов, а — число пар параллельных ветвей обмотки якоря, - угловая скорость вращения якоря.

Магнитный, поток на полюс

                                              ,                                                                 (1.2)

где - среднее значение магнитной индукции в  воздушном зазоре под главным полюсом, l — расчетная длина сердечника якоря, - полюсное деление (часть окружности якоря, приходящаяся на один полюс).