Переходные процессы в электроприводе

 

Анализ переходных процессов выполняется с помощью программы Matlab. В среде Matlab собрали модель (рис.9), задали требуемые параметры(рис.10) ее элементов и выполнить расчет переходного процесса для случая частотного пуска ненагруженного двигателя с последующим 100% увеличением нагрузки.

Блок Step осуществляет скачкообразный наброс нагрузки по окончании пуска.

Широтно-импульсный преобразователь вырабатывает переменную частоту, при частоте треугольной волны модуляции обычно выбираемой в диапазоне 1500-3000 Гц.

Амплитуда напряжения задается блоками Relay A, Relay B и Relay С, и равна 220√2.

Связь блоков Simulink и PSB осуществляется через управляемые источники напряжения Controlled Voltage Source Vao, Vbo и Vco.

Основной особенностью данной модели является возможность наблюдать работу асинхронного короткозамкнутого двигателя от преобразователя частоты, который изменяет одновременно как напряжение, так и частоту, в соответствии с заданными законами.

Изменение напряжения и частоты в функции времени задается блоками Fcn и Fcn1, соответственно. На их входы подается время, а выходы определяют напряжение и частоту (в относительных единицах), подводимые к двигателю.

Обычно несколько лучшие результаты (с точки зрения сокращения времени пуска при допустимых бросках тока и момента) получаются, если скорость возрастания напряжения немного больше скорости возрастания частоты.

Зависимости напряжения v(t) и частоты f(t) (в о.е.) от времени t при пуске могут быть приняты линейными c ограничениями (которые реализуются с помощью блоков saturation)

 

v(u) = kv.u; f(u) = kf.u, при ограничениях v(u) <1 и f(u) <1,

 

экспоненциальными с одной постоянной времени Т

 

v(u) = f(u) = 1-.exp(-.u/T),

 

или экспоненциальными с двумя (близкими по величине) постоянными времени Т1 и Т2 (Т1>Т2),

что при правильном выборе постоянных времени Т₁ и Т₂ дает, при несколько увеличенном времени пуска, минимальные броски тока и момента.

Здесь во всех формулах вместо времени t подставлена u – стандартная входная переменная блока Fcn. Экспоненциальный характер изменения v(t) и f(t) для Т=0.2 (экран Scope v*,f*) показан на рис.11. Одновременно на экране Scope Vabm можно видеть характер изменения напряжения, приложенного к статорной обмотке двигателя во время пуска (рис.12).

Промоделируем систему без наброса нагрузки чтобы оценить параметры переходного процесса по скорости(рис 15):

Установившася скорость ω_уст=157,5

Время 1го согласования t₁=0.59c

Время переходного процесса τ_р=1,03с

Перерегулирование

Изменяя параметры модели, проследим их влияние пусковые параметры, такие как время пуска и пусковые броски тока и момента.

Увеличив в полтора раза момент нагрузки и момент инерции, моделируя тем самым незапланированный наброс дополнительной нагрузки на вал двигателя проследим переходные процессы скорости ω(t) и момента Te(t), а также графики токов статора is(t) и ротора ir(t) при частотном пуске(рис16, 17).

Из графиков(рис16, 17) видно, что повышение момента инерции и величины нагрузки негативно влияют на пульсацию, и амплитуду роторных и статорных токов, а так же увеличивает время переходных процессов. Однако выбранный двигатель справляется с нагрузкой. Таким образом можно считать допустимым не продолжительное увеличение нагрузки. Так как амплитуда тока превышает ток теплового расцепления автомата, длительная работа в данном режиме не предусмотрена.

Обычно несколько лучшие результаты (с точки зрения сокращения времени пуска при допустимых бросках тока и момента) получаются, если скорость возрастания напряжения немного больше скорости возрастания частоты. По этому в исходной модели увеличим скорость изменения напряжения на 50%(рис.18, 19, 20) и проанализируем основные параметры пуска(рис.21, 22)

Промоделируем систему без наброса нагрузки чтобы оценить параметры переходного процесса по скорости(рис 23):

Установившася скорость ω_уст=157,5

Время 1го согласования t₁=0.43c

Время переходного процесса τ_р=1,04с

Перерегулирование

Таким образом при увеличении скорости изменения напряжения мы значительно уменьшаем время первого согласования по скорости и время пусковых токов статора и ротора. Следовательно мы можем уменьшить время наброса нагрузки с 1 до 0,6с. При этом значение перерегулирования по скорости не превышает 20%, а величина пусковых токов не превышает номинальные, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках двигателя.

Вывод

 

Мы приобрели навыки для решения инженерных задач по расчету и проектированию систем автоматизированного электропривода в статических и динамических режимах, а так же навыков расчета параметров в программном пакете Mathcad и моделирования в программном пакете Matlab Simulink системы электропривода «преобразователь частоты-асинхронный двигатель».

В ходе разработки электропривода мы достигли диапазона регулирования скорости от 30 до 300 рад/с.

В процессе моделирования при разных параметрах системы мы проследили переходные процессы и дали им характеристику. Мы так же сделали следующие выводы:

· Повышение момента инерции и величины нагрузки негативно влияют на пульсацию, и амплитуду роторных и статорных токов, а так же увеличивает время переходных процессов. Однако выбранный двигатель справляется с нагрузкой. Таким образом можно считать допустимым не продолжительное увеличение нагрузки. Так как амплитуда тока превышает ток теплового расцепления автомата, длительная работа в данном режиме не предусмотрена.

· При увеличении скорости изменения напряжения мы значительно уменьшаем время первого согласования по скорости и время пусковых токов статора и ротора. Следовательно мы можем уменьшить время наброса нагрузки с 1 до 0,6с. При этом значение перерегулирования по скорости не превышает 20%, а величина пусковых токов не превышает номинальные, что положительно сказывается на эксплуатационных характеристиках двигателя.

Для достижения минимального времени пуска нужно увеличивать скорость изменения частоты и напряжения и уменьшить момент инерции. При этом необходимо следить за пульсацией и амплитудами токов статора и ротора.

Список литературы

1. Методические указания к курсовому проекту «Электропривод по схеме преобразователь частоты - асинхронный двигатель»

2. Конспект лекций по курсу «Элементы и системы автоматизированного управления»

3. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Элементы и системы автоматизированного управления»

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: