книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики
..pdf
Рис. 98. Характер изменения пусковых параметров DC двигателя с последовательным возбуждением
при переменном значении момента ТL
На следующем этапе эксперимента исследуем влияние величины скорости, переданной ротору такого двигателя от внешнего источника.
В модели, показанной на рис. 99, последовательно через 1 с на валу двигателя последовательного возбуждения меняется величина скорости, переданная от внешнего источника. Характер полученного результата показан на рис. 100.
101
Рис. 99. Схема модели подключения DC двигателя
с последовательным возбуждением к внешним источникам скорости ротора
Рис. 100. Характер изменения пусковых параметров DC двигателя с последовательным возбуждением при переменном значении скорости w на его валу
102
При анализе результата пуска DC двигателя с последовательным возбуждением в функции изменения скорости вращения его ротора наблюдается при определенных значениях этого параметра появление колебательного процесса всех параметров этого двигателя.
5.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРЕХФАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Задача: составить SPS-модель для исследования пусковых характеристик трехфазного короткозамкнутого электродвигателя переменного тока с переменным моментом сопротивления
TL на его валу. Схема такой модели показана на рис. 101.
Рис. 101. Схема модели подключения АC двигателя к источнику питания и регистраторам основных параметров
103
Для построения такой модели в пакете МАТLAB раскроем библиотеку Simulink, создадим новый файл Untitled*. Как и прежде, раскроем раздел SimPowerSystems и на рабочем поле модели из подраздела Electrical Sources устанавливаем элемент
Three-Phase Programmable Voltage Source. Зададим значение напряжения для этого элемента величиной 460 В.
Раскроем подраздел Machines и перенесем из этого раздела на рабочее поле модели элемент Asynchronous Machine pu Units. Установив курсор на этом элементе, двойным щелчком «мыши» раскроем окно установки его параметров. В этом окне в строке Present model выбираем двигатель с параметрами:
01:5HP 460V 60 Hz 1750 PRM. Тип параметра Mechanical input
оставим Torque TL, что означает управление машиной по моменту на валу. Остальные параметры оставим без изменения.
Элемент АC Machine (асинхронный двигатель) в модели формирует на выходе m 21 выходные сигналы, которые распределяются по каналам в следующей последовательности:
♦Каналы (1, 2, 3) – токи обмотки ротора А [ira irb irc];
♦Каналы (4, 5) – проекции токов ротора на оси q и d, А;
♦Каналы (6, 7) – проекции потоков ротора на оси q и d,
♦Каналы(8, 9) – проекциинапряженийстаторанаосиq иd, В;
♦Каналы(10, 11, 12) – токиобмоткистатора? A [ira irb irc];
♦Каналы (13, 14) – проекции токов статора на оси q и d, A;
♦Каналы (15, 16) – проекции потоков статора на оси q и d;
♦Каналы (17, 18) – проекции напряжений статора на оси
q и d, В;
♦Канал (19) – скорость ротора, рад/с;
♦Канал (20) – электромагнитный момент [Te] нм;
♦Канал (21) – угол поворота ротора, рад.
Из элементов, представленных на рис. 101, создайте модель. После запуска в работу этой модели на экранах регистраторов Scope появятся графики нагрузочных параметров этого двигателя, представленные на рис. 102. Эти параметры соответствуют работе двигателя в режиме пуска в течение 0,2 с.
104
Рис. 102. Изменение пусковых параметров АC двигателя на его m выходе в течение 0,2 с
В момент набора скорости токи и момент двигателя динамически возрастают до максимума. После стабилизации скорости все параметры двигателя стабилизируются на нижнем уровне.
Исследуем поведение АС двигателя при переменном значении момента сопротивления на его валу. Для этой цели введем в
структуру модели элемент Multiport Switch (управляемый переключатель), который в сочетании с элементом Timer последовательно элементами Constant подключает к TL-входу двигателя различную внешнюю нагрузку. Элемент Timer должен переключать эту нагрузку на валу двигателя в порядке следующего чередования времени: 0,2; 0,4 с за общий период в 0,7 с.
Постройте модель в соответствии со схемой (рис. 103) и запустите ее в работу. Результат этого эксперимента должен соответствовать графикам, представленным на рис. 104.
105
Рис. 103. Схема модели подключения АC двигателя к источнику переменного момента на валу
Рис. 104. Характер изменения основных пусковых параметров АC двигателя на его m-выходе при различном моменте сопротивления
106
Анализ графиков на рис. 104 показывает, что при запуске двигателя с минимальным моментом сопротивления в течение 0,1 с происходит интенсивный набор скорости. При этом все контролируемые параметры двигателя динамически возрастают.
Впериод от 0,1 до 0,2 с скорость ротора стабилизируется, и при этом стабилизируются остальные контролируемые параметры.
Впериод времени от 0,2 до 0,4 с двигатель воспринимает момент сопротивления второй ступени его регулирования. Этот момент не превышает движущего момента двигателя. В этом случае скорость ротора падает незначительно, а момент и токи так же незначительно возрастают.
На последней ступени регулирования момент сопротивления превышает движущий момент двигателя. При этом скорость первоначально ступенчато снижается, а затем это снижение становится нелинейным. В результате этого двигатель переходит в режим «опрокидывания», при котором скорость падает до нуля, а момент резко падает до минимального значения, а токи возрастают до пусковых значений.
На следующем этапе эксперимента составим модель для решения следующей задачи.
Задача: составить SPS-модель для исследования влияния напряжения питания трехфазного короткозамкнутого электродвигателя переменного тока с постоянным моментом сопротивления TL на его пусковые характеристики. Схема такой модели показана на рис. 105.
Для создания этой модели необходимо в подразделе Elements раздела SimPowerSystems найти и установить на поле модели элемент Three-Phase Breaker и соединить его в единый блок с элементами Three-Phase Programmable Voltage Source
и Timer. Полученный блок надо выделить для копирования. Скопировать и поместить на поле модели две копии этого блока, после чего подсоединить их на вход АС двигателя. Каждый из элементов Timer должен подключать к двигателю источники питания в следующем порядке чередования времени: 0,4, 0,8 и 1,2 с.
107
Рис. 105. Схема модели подключения АC двигателя с постоянным моментом на валу к источникам переменного напряжения
Постройте модель в соответствии со схемой (рис. 105) и запустите ее в работу. Результат этого эксперимента должен соответствоватьграфикам, представленным нарис. 106.
Анализ этого результата показывает, что после установившегося вращения ротора двигателя каждый бросок напряжения питания приводит к аналогичному броску тока и момента в якорной цепи этого двигателя.
Если в схеме модели к 1-му и 2-му каналу регистратора Scope соответственно подключить 4, 5 и 13, 14-й каналы с элемента Demux, то характер пусковых параметров АC двигателя вэтом случае будет соответствовать осциллограммам на рис. 107. На первом и втором экранах этой осциллограммы показан характер изменения обобщенных пусковых токов якоря и статора при тех же параметрах скорости и момента.
108
Рис. 106. Характер изменения основных пусковых параметров АC двигателя на его m-выходе при различной величине напряжения питания
Рис. 107. Характер изменения основных пусковых параметров АC двигателя на его m-выходе при различной величине напряжения питания
109
Анализ этих осциллограмм подтверждает то, что, кроме пускового периода, динамика параметров тока и момента сохраняется в начале каждого нового скачка напряжения питания АС двигателя.
Для исследования влияния частоты источника питания на характер изменения тока и момента двигателя в модели будем последовательно менять в ней частоту каждого источника. Для этой цели установим напряжение всех источников равным 460 В, а их частоту будем менять в следующей последовательности: 20, 40 и 60 Гц. После изменения указанных параметров характер изменения пусковых параметров АC будет соответствовать осциллограммам на рис. 108.
Рис. 108. Характеризменения пусковыхпараметров АC двигателя при различнойвеличинечастоты напряженияпитания
Анализ этих осциллограмм указывает на то, что при разгоне двигателя на частоте источника питания 20 Гц динамика его параметров остается такой же, как и в предыдущих экспери-
110