книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики
..pdf
няется и для токовой составляющей нагрузки вторичной обмотки трансформатора.
Рис. 88. Характер изменения напряжений и токов в обмотках трансформатора, соединенных по схеме «звезда–звезда–звезда»
снагрузкой RLC параллельного типа, подключенной
квсем фазам по схеме «звезда»
Не меняя значений элементов нагрузки, измените последовательно схему подключения вторичных обмоток трансформатора и проанализируйте каждый полученный результат.
91
5. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
5.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДВИГАТЕЛЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Исследование характеристик электрических двигателей будем выполнять на моделях, которые создадим из элементов разде-
ла SimPowerSystems (SPS) библиотеки Simulink в программном пакете МАТLAB.
Задача: составить SPS-модель для исследования пусковых характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением и с переменным моментом сопротивле-
ния TL на его валу. Схема такой модели показана на рис. 89.
Рис. 89. Схема модели подключения DC двигателя с независимым возбуждением к источнику переменного момента на его валу
Для построения такой модели в пакете МАТLAB раскроем библиотеку Simulink, создадим новый файл Untitled*. В раз-
92
деле SimPowerSystems находим подраздел Electrical Sources,
выберем в нем DC Voltage Source и установим его на рабочем поле модели. Сделаем копию этого элемента. Одному из этих элементов установим значение 240 В, а другому 300 В. Первый элемент будет источником питания якорной цепи двигателя, а второй используем для его возбуждения.
Раскроем подраздел Machines, и на рабочем поле модели поместим элемент DC Machine. Установив курсор на этом элементе, двойным щелчком «мыши» раскроем окно установки его параметров. В этом окне в строке Present model выбираем дви-
гатель с параметрами: 01:5HP 240V 1750 PM Field 300V. Пере-
водим курсор на строку Mechanical input и выберем вариант Torque TL, при этом выборе управление машиной будет осуществляться по моменту на ее валу. Остальные параметры оставим без изменения (рис. 89).
В разделе Commonly Used Blocks библиотеки Simulink
находим и устанавливаем на рабочем поле модели элементы Constant, Scope, Demux и Step. Создадим две копии элемента Scope и три копии элемента Constant. Элементы Constant должны иметь следующие значения: 10, 100, 500. Из раздела
Signal Routing введем в нашу модель элемент Multiport Switch
(управляемый переключатель). Элемент Timer находится в разделе SimPowerSystems и устанавливается через подразделы Extra Library –> Control Blocks. Раскрыв эти подразделы, устано-
вите элемент Timer на рабочем поле модели. Затем двойным щелчком левой клавиши «мыши» по контуру этого элемента раскройте окно установки его параметров и в позиции Time запишите через пробел [0 0,5 1], а в позиции Amplitude запишите [1 2 3]. В результате такой установки элемент Timer через каждые 0,5 с будет последовательно подключать к входу TL двигателя через каналы элемента Multiport Switch соответствующие значения элементов Constant, последовательно меняя момент сопротивления на его валу.
93
Элемент DC Machine в модели формирует на выходе m четыре выходных сигнала, которые направляются через элементы Demux на два регистратора Scope. Выходные сигналы электродвигателя распределяются по каналам в следующей последовательности:
♦Первый канал – скорость ротора (рад/с);
♦Второй канал – ток якоря (А);
♦Третий канал – ток возбуждения (А);
♦Четвертый канал – момент на валу (Нм).
Из выбранных элементов создайте модель в соответствии со схемой (рис. 89). После запуска в работу этой модели на экранах регистраторов появятся графики нагрузочных параметров, представленные на рис. 90.
Рис. 90. Изменение пусковых параметров на m выходе DC двигателя при переменном значении момента ТL
Анализ этих графиков показывает ступенчатость изменения всех параметров на каждом шаге изменения момента на валу двигателя. Замените параметр элемента Constant2 на значение –500 и снова запустите в работу эту модель. Сравните полученный результат.
94
На следующем этапе эксперимента исследуем влияние тока возбуждения на характеристики DC двигателя. Для этой цели перестроим модель в соответствии со схемой, представленной на рис. 91. В этой модели применены три дискретных источника напряжения возбуждения двигателя с параметрами 100, 200 и 300 В. Напряжение якорной цепи постоянно и равно 240 В. Величина момента сопротивления (параметр TL) постоянна и равна значению 100. Источники напряжения подключаются к обмотке возбуждения последовательно через контакторы Breaker, которые управляются таймерами. Элементы Breaker находятся в подразделе Elements раздела SimPowerSystems. Установите на рабочем поле этот элемент и создайте его две копии. По аналогии с предыдущей моделью найдите и установите элемент Timer. Создайте еще две копии этого элементаи установите для каждого таймера следую-
щиепараметры: Time1 = [0 0,5], Amplitude1 = [1 0], Time1 = [0 0,5 1], Amplitude1 = [0 1 0], Time1 = [0 1], Amplitude1 = [0 1].
Рис. 91. Схема модели подключения DC двигателя с независимым возбуждением к источникам питания обмотки возбуждения
95
После запуска в работу модели, построенной по схеме (рис. 91), на регистраторах появятся графики, соответствующие рис. 92. Анализируя полученные графики, можно заметить, что при малом возбуждении (100 В) момента на валу двигателя не достаточно для его разгона, поэтому момент сопротивления на этом валу вращает ротор в противоположную сторону.
Рис. 92. Характер изменения пусковых параметров на m выходе DC двигателя при переменном значении напряжения возбуждения
Увеличение тока возбуждения до величины 160 В приводит к частичной стабилизации этого процесса. При дальнейшем увеличении напряжения возбуждения до 240 В движущий момент двигателя начинает разгонять его ротор.
Исследуем теперь поведение модели при изменении напряжения на якорной обмотке. Для этой цели перестроим предыдущую модель по схеме, показанной на рис. 93.
Параметры таймеров в этой схеме остаются прежними, а напряжения дискретных источников напряжения якорной цепи нужно установить следующими: U1я = 80 В, U2я = 160 В, U3я = 240 В. Напряжение возбуждения двигателя устанавливается равным 300 В. Момент сопротивления на валу установим равным 25.
96
Рис. 93. Схемамоделиподключения DC двигателя снезависимым возбуждениемкисточникампитанияякорнойобмотки
После запуска в работу преобразованной модели ее характеристики должны соответствовать графикам, представленным на рис. 94. Анализ этих графиков показывает, что на каждой ступени пускового напряжения наблюдается скачок скорости двигателя, после которого она выполаживается до следующего скачка напряжения. Каждый из этих скачков отражается на соответствующем скачке момента и тока якоря.
Изменим условие задачи наших исследований.
Задача: составить SPS-модель для исследования характеристик электродвигателя постоянного тока с независимым возбуждением, работающего в генераторном режиме. Схема такой модели представлена на рис. 95.
Для решения этой задачи изменим режим управления DC двигателя. Для этого в окне установки его параметров в строке
Mechanical input вместо Torque TL установим Speed W. В этом случае в модели вход TL заменяется входным параметром w.
97
Рис. 94. Характер изменения пусковых параметров на m выходе DC двигателя при переменном значении напряжения якоря
Рис. 95. СхемамоделиDC двигателя снезависимымвозбуждением, работающеговрежимевращения ротораот внешнего источника
В этом варианте модели на вход w двигателя подается скорость вращения ротора от внешнего источника (элемента Constant), при этом выходные параметры этого двигателя уже зависят от величины этой скорости. Это подтверждается характером егонагрузочныхпараметров, представленныхна рис. 96.
98
Рис. 96. Характер изменения пусковых параметров на m выходе DC двигателя с независимым возбуждением, работающего в режиме вращения ротора от внешнего источника
После перестройки схемы модели в соответствии с рис. 95 запустим эту модель в работу. В результате этого на регистраторах должны появиться графики, соответствующие рис. 96.
Анализ этих графиков показывает, что при ступенчатом изменении величины параметра w характер нагрузочных параметров DC двигателя так же ступенчато изменяется. Если в якорную цепь вместо источника напряжения включить нагрузочное сопротивление, то характер пусковых параметров на m выходе DC двигателя существенно изменится.
Перестройте модель, включив в состав якорной цепи элемент Series RLC Load. Снимите аналогичные характеристики для построенной модели и сравните их с только что полученным результатом.
Электродвигатели постоянного тока могут быть подключены по схеме с последовательным возбуждением. Для исследования характера поведения таких двигателей изменим структуру модели для решения следующей задачи.
Задача: составить SPS-модель для исследования пусковых характеристик электродвигателя постоянного тока с последо-
99
вательным возбуждением и с переменным моментом TL на его валу. Схема такой модели показана на рис. 97.
Рис. 97. Схемамоделиподключения DC двигателя спараллельным возбуждениемкисточникупеременного моментанавалу
Для реализации этой модели установим для элемента DC Machine тип 02: 5HP 240V 1750 PM Field 150V и подключим его по варианту с TL-входом. Обе обмотки этого двигателя подключаются последовательно к элементу DC Voltage Source в соответствии с полярностью, указанной на схеме. Все остальные элементы этой модели устанавливаются по аналогии с моделью, представленной на рис. 89. Перед запуском модели в работу на регистраторе Scope установите три входа с растяжкой по времени на 25 с. Для элемента «таймер» должны быть установлены следующие параметры: в позиции Time [0 8 16], в по-
зиции Amplitude [1 2 3].
После запуска модели в работу характер изменения скорости, момента и тока на каждом шаге изменения нагрузки должен соответствовать графикам, представленным на рис. 98.
Для определения зависимости полученного результата от типа электрической машины замените ее тип на 01:5HP 240V 1750 PM Field 300V и снова запустите модель в работу. Сравните новый и прежний полученный результат.
100