Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Порядок проведения лабораторной работы.

Схема замещения асинхронной машины приведена на рис. 3.1

Для исследования асинхронной машины необходимо выполнить расчет параметров схемы замещения. Для расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя можно использовать методику разработанную в Московском энергетическом институте на кафедре «Электромеханика» (Листинг 3.1)[4,5].

Параметры схемы замещения для исследования заданной асинхронной машины приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

R_s	R_r	L_s= L_r
2.706	4.533	9.4	0.4486

Pn = 400e3; % Nominal mechanic power, W Ul = 6000; % Nominal line-to-line voltage, V Uf = Ul/sqrt(3); % Nominal phase-to-ground voltage, V kpd = 0.94; % Nominal efficiency, pu cosfi = 0.9; % Nominal cos(fi), pu Zp = 1; % Number of poles Sn = 0.036; % Nominal slip, pu Ki = 8; % Start current ratio, pu Kp = 3; % Start torque ratio, pu Km = 4; % Maximum torque ratio, pu J = 1.2; % ASM rotor inertia coefficient, kg*m^2 fc = 50; pf = 0.5; % Power coefficient end efficiency power factor, pu Ppf = Pn * pf; % ASM power at stated power factor kpd_pf = 0.915; % Efficiency at stated power factor, pu cosfi_pf = 0.68; % cos(fi) at stated power factor, pu w0 = 2*pi*fc; % Field frequency, rad/sec wn = (1-Sn)*w0/Zp; % Nominal rotor frequency, rad/sec Mn = Pn / wn; % Nominal torque, N*m Mp = Mn*Kp; % Start torque, N*m Is = Pn/3/Uf/kpd/cosfi; % Nominal stator current, A Ik = Is*Ki; % Start stator current, A Is_pf = Pn/3/Uf/kpd_pf/cosfi_pf*pf; % Stator current at stated power factor, A I0_br = pf*(1-Sn)/(1-pf*Sn); % Idling stator current branch I0num = Is_pf^2 - (I0_br*Is)^2; % Idling stator current numerator I0den = 1 - I0_br^2; % Idling stator current denominator

Листинг 3.1

dPv = 3*Is^2*Rv; % P0 = dPn-dPv; % Pmex = 0.33*P0; % I2p = 0.97*Ki*Is; % starting current R21p = Km * (Pn*(1+0.005/kpd) + Pmex) / 3 / (1-Sn) / I2p^2; % R21 at start Xp = sqrt((Uf/I2p)^2 - (R1 + C1*R21p)^2); % X at start X1p = X1 * (Xp / (X1+C1*X21)); % X1 at start X21p = (Xp - X1p)/C1; % X21 at start s = [1:-0.001:Sn]; % num1 = 0.0185*s - 0.375*s.^2 + s.^2.*sqrt(s); den1 = 0.035 + 0.612*s.^2.*sqrt(s); % num2 = 0.0358 - 0.5560*s.^2 + s.^2.*sqrt(s); den2 = 0.0187 - 0.0151*s.^2 + 0.446*s.^2.*sqrt(s); f1 = num1./ den1; % f2 = num2./ den2; % Ra = (R21 - R21p*f1(966))./ (1-f1(966));% Rb = (R21p - R21)./ (1-f1(966)); % Xa = (X21-X21p*f2(966))./ (1-f2(966)); % Xb = (X21p-X21)./ (1-f2(966)); % R21n = Ra + Rb.* f1; % X21n = Xa + Xb.* f2; % % Ploting R21 and X21 by slip plot(R21n,1-s, X21n,1-s); grid on % [Lm,L1s,R1,R21p] % Clearing temporary data clear A0 A1 B C C1 Dis E1 clear I0_br I0cos Iscos I0den I0num I2p Is_pf I0 Ik clear Ki Km Kp clear P0 Pmex Ppf Ra Rb Rv Sk_br Sk_drob clear Uf Ul Xa Xb Xbetta2 Xbetta1 Xn Xp Zp clear cosfi cosfi_pf dPn dPpf dPv den1 den2 e11 e12 f1 f2 fi0 clear kpd kpd_pf num1 num2 pf ps1 ps2 w0

Первая часть работы предусматривает разработку программы для решения системы уравнений составленную по схеме замещения. Запись системы уравнений для асинхронной машины выполняется по тем же принципам, которые применялись для записи математической модели трансформатора в лабораторной работе №2. Без учета активного сопротивления в цепи намагничивания система уравнений примет вид:

При практических расчетах параметр С принимается равным 1.01-1.05 (причем, меньшие значения для машин большей мощности), в данном случае при составлении программы для расчета токов параметр С допускается принять равным 1. В программе необходимо рассчитать следующие параметры машины:

; , ; , ;

При значениях , не выходящих за пределы диапазона значений можно воспользоваться упрощенной формулой Клосса (погрешность расчетов при этом наблюдается в области нелинейной части механической характеристики и составляет 10-17%):

В случае если асинхронная машины работает в двигательном режиме программа для расчета токов и может быть записана в файл asin.m, текст которого приведен на листинге 3.2.

function dydt=f(t,y) dydt=zeros(3,1) P=400e3;n=2890;J=4.5;p=1;f=50; Mmax=4 w0=2*3.14*f/p; wn=n*3.14/30; Mn=P/wn Mk=Mmax*Mn; sn=(w0-wn)/w0; sk=(Mmax+sqrt(Mmax^2-1))*sn U=6000*sin(314*t);Rs=2.706;Rr=4.533;Ls=9.4e-3; Lr=Ls;Lm=0.4486;im=y(1);i2=y(2);w=y(3);s=(w0-w)/w0; M=2*Mk/(s/sk+sk/s) dydt(1)=1/Lm*U dydt(2)=1/(Ls+Lr)*(U-i2*(Rs+Rr*(1-s)/s)) dydt(3)=1/J*(M-Mn) end

Листинг 3.2

Запуск программы выполняется командой:

>>[t,y]=ode45(@asin, [0 2], [0 0 0])

Результаты расчета представлены рис. 3.2.

Рис.3.2. Результаты расчета программы

Приступая ко второй части лабораторной работы необходимо разработать имитационную модель асинхронной машины в пакетном расширении программы MatLab Simulink. При разработке схемы необходимо учесть следующие факторы:

· для питания асинхронной машины используется трехфазный источник переменного тока;

· имитационное моделирование должно включать возможность контроля тока в обмотках статора и ротора, а также возможность проведения измерений активной и реактивной мощности в обмотке статора;

· модель должна быть достаточно гибкой для задания момента нагрузки.

Указанным требованиям в полной мере удовлетворяет модель приведенная на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Имитационная модель асинхронного двигателя в MatLab/Simulink

Основными элементами являются:

· источник переменного трехфазного напряжения Inductive Source with neutral из библиотеки SimPowerSystems/Extra Library/Three-Phase
Library;

· измеритель трехфазного напряжения и тока Three-Phase V-I Measurement из библиотеки SimPowerSystems/Measurements;

· исследуемая трехфазная асинхронная машина Asynchronous Machine SI Units из библиотеки SimPowerSystems/Machines;

· блок Constant для задания постоянного механического момента на валу машины из библиотеки Simulink/Sources;

· блок 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power для измерения потребляемой двигателей активной и реактивной мощности из библиотеки SimPowerSystems/Extra Library/ Measurements.

Окно настройки параметров источника питания показано на рис. 3.4.

В полях окна последовательно задаются:

· амплитуда напряжения источника питания (В);

· начальная фаза (град);

· частота сети (Гц);

· внутреннее сопротивление и индуктивность источника.

Необходимо учесть, что напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам асинхронной машины.

Снятие механической характеристики машины в двигательном и генераторном режимах производится на модели (рис. 3.3.) при изменении нагрузочного момента во всем диапазоне с шагом 0.25. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование табл. 3.3.

Таблица 3.3

M, [ ]	,

Снятие рабочих характеристик асинхронной машины в двигательном режиме производится при изменении нагрузочного момента в пределах с шагом 0.2. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется табл. 3.4.

Таблица 3.4

M, [ ]	Измерения	Вычисления
, [Вт]	, [Вар]	, [В]	, [А]	, [рад/c]	, [град]	, [Вт]	, %	s %

Вычисления производятся по выражениям:

; ; ; .

По результатам расчетов строится механическая характеристика машины и на отдельном графике рабочие характеристики. Механическая характеристика, полученная при помощи блока , приведена на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Пусковая механическая характеристика асинхронного двигателя

Для исследования асинхронной машины при пониженном значении напряжения в сети необходимо решить задачу разработки структурной схемы модели.

Расчет электромагнитного момента развиваемого двигателем может быть выполнен по упрощенной формуле Клосса, однако, в данном случае расчет проведем используя мгновенные значения тока и напряжения:

где - угловая частота вращения ротора асинхронного двигателя.

Остальные уравнения структурной схемы могут быть взяты из математической модели асинхронной машины построенной в первой части работы. В ходе выполнения исследования снимаются значения тока , скольжения , электромагнитного момента и скорости вращения вала машины всякий раз при изменении напряжения питания . Результаты измерений записываются в табл. 3.5 и на ее основе строится механическая характеристика асинхронного двигателя при .

Разработанная структурная схема для исследования переходных электромеханических процессов при понижении напряжения в сети приведена на рис. 3.6.

Таблица 3.5

U, [В]	, [рад/c]	M, [ ]	s, [%]	, [А]

Задача четвертой части лабораторной работы заключается в сравнительном анализе структурных схем асинхронной машины записанных в неподвижной и вращающейся системе координат.

В операторной форме записи система уравнений асинхронной машины может быть записана в виде:

где ; - в данном случае оператор , - безразмерные коэффициенты.

К безразмерному виду система уравнений приводится следующими соотношениями:

Kr	r	Tr	Rr
0.9607	3.6875	0.1194	3.9948e-6	0.0085

Модель асинхронной машины с короткозамкнутым ротором приведена на

рис. 3.7.

Рис. 3.7. Модель асинхронной машины в неподвижной системе координат

На вход модели подаются напряжения , . В качестве измеряемых величин выбраны истинные значения скорости , электромагнитного момента , а также относительные значения тока статора и потока .

Необходимо отметить, что в начальный момент времени наблюдаются значительные колебания момента. При приложении момента нагрузки наблюдается уменьшение скорости.

Результаты моделирования асинхронной машины в неподвижной системе координат представлены рис. 3.8.

Во вращающейся системе координат с вещественной осью x и мнимой осью y уравнения (9.44) запишется в виде:

Модель асинхронной машины с короткозамкнутым ротором представлена на рис. 3.9. Результаты моделирования приведены на рис. 3.10.

Содержание отчета

· каталожные данные асинхронной машины (по варианту);

· схема замещения и расчет ее параметров;

· исследуемая математическая модель;

Часть

· листинг m-файла;

· графические зависимости рассчитанных величин;

Часть

· схема модели и описание виртуальных блоков;

· таблица результатов измерений механической характеристики асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах работы;

· таблица результатов расчета рабочих характеристик асинхронной машины в двигательном режиме работы;

· график механической характеристики асинхронной машины в двигательном и генераторном режимах работы ;

· график рабочих характеристик

Часть

· структурная схема асинхронной машины для учета динамических процессов при изменении питающего напряжения;

· таблица результатов измерений механической характеристики асинхронного двигателя при изменении питающего напряжения и постоянном моменте нагрузки;

· зависимости механических характеристик асинхронной машины построенных на одном графике при различных значениях напряжениях;

Часть

· система уравнений асинхронной машины в неподвижной и вращающейся системе координат;

· графический анализ результатов расчета асинхронной машины в неподвижной и вращающейся системе координат.

Варианты заданий

№ п/п	Тип двигателя	, [кВт]	, [ ]	[%]		, [А]				, [ ]
	RA71A2	0.37		71.0	0.78		5.0	2.7	2.7	0.0004
	RA71B2	0.55		74.0	0.84	1.8	6.5	2.3	2.4	0.0005
	RA80A2	0.75		74.0	0.83		5.3	2.5	2.7	0.0008
	RA80B2	1.1		77.0	0.86		5.2	2.6	2.8	0.0120
	RA80А4	0.55		71.0	0.8		5.0	2.3	2.8	0.0018
	RA80B4	0.75		74.0	0.8		5.0	2.5	2.8	0.0023
	RA90S2	1.5		79.0	0.87		6.5	2.8	3.0	0.0010
	RA90L2	2.2		82.0	0.87		6.5	2.9	3.4	0.0015
	RA100L2	3.0		82.6	0.86	6.5	6.5	3.1	3.2	0.0023
	RA100LА4	2.2		79.0	0.82		6.0	2.2	2.6	0.0048
	RA100LB4	3.0		81.0	0.81		6.2	2.2	2.6	0.0058
	RA112M2	4.0		84.0	0.84		6.5	2.2	2.9	0.0082
	RA112M4	4.0		85.5	0.84		6.5	2.2	2.9	0.0103
	RA132SА2	5.5		89.0	0.89		6.5	2.4		0.0155
	RA132SB2	7.5		89.0	0.89		7.0	2.5	3.2	0.0185
	RA132МА2	9.0		88.0	0.88		7.5	2.7	3.5	0.0195
	RA160МА2			88.4	0.89		6.8	2.0	3.3	0.0438
	RA160МВ2			90.0	0.86		7.5	2.0	3.2	0.0470
	RA160L2	18.5		90.2	0.87		7.5	2.0	3.2	0.0533
	RA180М2			90.5	0.89		7.5	2.1	3.5	0.0604
	RA200LA2			90.5	0.89		7.0	2.3	3.6	0.0910
	RA200LB2			92.0	0.88		7.5	2.3	3.2	0.1100
	RA225M2			92.5	0.90		7.5	2.4	3.3	0.1300
	RA250M2			93.0			7.5	2.3	4.0	0.2000

Вопросы для самопроверки

1. Конструкция и принцип работы трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.

2. Схема замещения трехфазной асинхронной машины и расчет ее параметров.

3. Математическая модель трехфазной асинхронной машины и способы математического исследования.

4. Расчет асинхронного двигателя в неподвижной и вращающейся системе координат.

5. Механические и рабочие характеристики трехфазной асинхронной машины в различных режимах работы.

6. Регулирование скорости вращения ротора трехфазной асинхронной машины.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒