Материал: Моделирование электроприводов. лабораторный практикум. Фурсов В.Б

Встроенная модель асинхронного двигателя

Блок Asynchronous Machine функционирует в режиме двигателя и генератора. Режим работы определяется знаком механического момента (положительный - для двигательного, отрицательный для - генераторного режима). Электрическая часть машины представлена системой уравнений четвертого порядка, механическая часть - системой второго порядка. Все электрические переменные и параметры приведены к статору (отмечено штрихами (') в уравнениях машины ниже). Все переменные статора и ротора приведены к двум осям (qd переменные). Используемые нижние индексы определены следующим образом:

d: переменные оси d

q: переменные оси q

r: переменные ротора

s: переменные статора

l: индуктивность рассеяния

m: индуктивность намагничивания

Электрическая система

, где

Механическая система

Параметры блока Asynchronous Machine определены следующим образом (все приведено к статору):

R_s, L_ls : сопротивление и индуктивность рассеяния статора

R'_r, L'_lr : сопротивление и индуктивность рассеяния ротора

L_m : взаимная индуктивность

L_s, L'_r : полная индуктивность статора и ротора

V_qs, i_qs : напряжение и ток статора оси q

V'_qr, i'_qr : напряжение и ток оси q ротора

V_ds, i_ds : напряжение и ток статора оси d

V'_dr, i'_dr : напряжение и ток статора оси d

φ_qs, φ_ds : потоки статора осей q и d

φ_qr, φ_dr : потоки ротор осей q и d

ω_m : угловая скорость ротора

θ_m : угол поворота ротора

p : число пар полюсов

ω_r : электрическая угловая скорость (ω_m · p)

θ_r : электрический угол поворота ротора (θ_m · p)

T_e : электромагнитный момент

T_m : механический момент на валу

J : суммарный момент инерции (бесконечность - блокированный ротор)

H : суммарная константа инерции ((бесконечность - блокированный ротор)

F : суммарный коэффициент вязкого трения

Диалоговое окно S.I.

Rotor Type

Определение типа обмотки ротора – короткозамкнутая и с фазным ротором.

Reference Frame

Определяет систему координат, которая используется, для преобразования входных напряжений (координаты abc) в координаты dq и токи на выходе (координаты dq) к координатам abc. Вы можете выбрать следующие преобразования:

Параметры электрического двигателя известны.

1. Воспользуйтесь моделью асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором в SimPowerSystem. Постройте систему с

а) синусоидальным источником питания;

б) ШИМ регулятором синусоидального типа.

2. Проведите моделирование; как влияет форма сигнала на а) мощность двигателя, б) на время пуска. Сравните результаты.

3. Постройте частотные характеристики асинхронного двигателя: М(f) и ω(f) при неизменном напряжении питания.

4. Запустите трехфазный двигатель от однофазной цепи через конденсатор. Примерное соотношение 15 мкФ на 1 кВт. Как изменился пусковой процесс? Какова стала мощность?

ДОПОЛНЕНИЕ

Rotor – координаты связанные с ротором (преобразование Парка);

Stationary – стационарные координаты (преобразование Кларка или αβ преобразование);

Synchronous – синхронно вращающиеся координаты.

Следующие зависимости описывают преобразование abc к qd линейных напряжений асинхронной машины.

В вышеупомянутых уравнениях, θ является углом, а β = θ – θ_r – разность между углом ротора и углом (электрическим). Так как машинные обмотки соединены в звезду с тремя проводами без нейтрали. Получается два линейных напряжения вместо трех фазных. Следующие уравнения преобразуют токи qd в токи abc.

Следующая таблица показывает значения θ и β для каждого типа ротора (θ_e - угол синхронного вращения ).

Выбор системы координат затрагивает все dq переменные. Это влияет на скорость моделирования и в некоторых случаях на точность результатов.

• Используйте постоянную систему координат, если напряжения статора являются или неуравновешенными или прерывистыми и напряжения ротора симметричны (или 0).

• Используйте систему координат ротора, если напряжения ротора являются или неуравновешенными или прерывистыми, и напряжения статора симметричны;

• Используйте или постоянные или синхронные системы координат, если все напряжения симметричны и непрерывны.

Nominal

Номинальная мощность Pn (ВА), действующее линейное напряжение Vn (В) и частота fn (Гц).

Stator

Сопротивление статора Rs (Ом или о.Е.) и индуктивность рассеяния Lls (Гн или о.Е.).

Rotor

Сопротивление ротора Rr ' (Ом или о.е.) и индуктивность рассеяния Llr ' (Гн или о.е.), оба приведены к статору.

Magnetizing inductance

Индуктивность взаимная Lm (Гн или о.е.).

Mechanical

Суммарный момент инерции J (кг м²), суммарный вязкий коэффициент трения F (Н·м·с) и число пар полюсов p.

Initial conditions - начальные условия

Начальное скольжение s, электрический угол θ_e (град), величины тока статора (A или о.е.) и фазы (град).

[ slip, th, i_as, i_bs, i_cs, phase_as, phase_bs, phase_cs ]

Дополнительные начальные значения для величины тока ротора (A) или (p.u) и фазу (градус):

[ slip, th, i_as, i_bs, i_cs, ph_as, ph_bs, ph_cs, i_ar, i_br, i_cr, phase_ar, phase_br, phase_cr ]

Начальные условия могут быть полезны при вычислении потокораспределения в блоке Powergui.

Simulate saturation (Моделирование насыщения)

Определяет, моделируется ли магнитное насыщение железа ротора и статора или нет.

Saturation parameters (Параметры режима насыщения)

Определяет параметры кривой насыщения без нагрузки. Режим магнитного насыщения железа статора и ротора (режим насыщения взаимного потока) смоделирован нелинейной функцией (в этом случае полиномиальный) использующие точки кривой насыщения без нагрузки. Вы должны ввести 2 х n матрицу, где n - число точек, взятых на кривой насыщения. Первая строка этой матрицы содержит значения электрических токов статора, в то время как вторая строка содержит значения соответствующих напряжений на клеммах (напряжения статора). Первая точка (в первом столбце матрицы) должна соответствовать, по сути, началу насыщения.

Вы должны выбрать флажок Simulate saturation (Моделирование режима насыщения), чтобы моделировать режим насыщения. Если Simulate saturation не выбран, зависимость между током статора и напряжением статора - линейная.

Входы и выходы

Вход Simulink - механический момент на валу машины. Когда он положителен, асинхронная машина ведет себя как двигатель, когда отрицателен, асинхронная машина ведет себя как генератор.

Выход Simulink - вектор, содержащий 21 переменную. Они (см. предыдущий раздел) все электрические токи текут в машину.

Для вывода используется блок Machines Measurement Demux в библиотеке Машин.

Лабораторная работа № 7 системы подчиненного регулирования: двигатель постоянного тока; синхронная машина с постоянными магнитами

Построить систему подчиненного регулирования двигателем постоянного тока (ДПТ). Параметры двигателей приведены в таблице заданий к работе 4.

Первоначально настройку можно произвести по упрощенной схеме, используя управляемый источник напряжения, а затем заменить управляемый источник напряжения на управляемый трехфазный тиристорный выпрямитель. Настройка ПИ регуляторов традиционными методами на технический оптимум или симметричный оптимум достаточно трудоемкая задача, поэтому воспользуйтесь значениями пропорциональных коэффициентов k_p1 и k_p2 в интервале 20 – 5000:

• пусковой ток в двигателе не должен превышать трехкратного номинального;

• желательно, чтобы перерегулирование по скорости не превышало 10%, статическая ошибка 1% при минимальном для данного типа двигателя времени переходного процесса;

• каков диапазон регулирования. Во всем ли диапазоне регулирования удовлетворяется качество регулирования?

Построить систему подчиненного регулирования синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ). Параметры двигателей приведены в таблице заданий к работе 5.

Замечание. В Simulink есть приложения, которые позволяют достаточно точно настроить и оптимизировать и сами регуляторы и выбрать структуру корректирующего устройства, как линейных SISO Design Tool, так и любых Simulink Design Optimization. Это будет изучаться в курсах Автоматизированного роектирвания.