книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики

Задача: составить SPS-модель, в которой источник трехфазного напряжения подключается трехфазным выключателем к трехфазной сети с несимметричной активно-индуктивной нагрузкой фаз.

Схема такой модели показана на рис. 52, и она строится по аналогии с моделью, представленной на рис. 50. В этой модели элементы Series RLC Branch установлены на RL-вариант. Параметры этих элементов устанавливаются в следующей последовательности: R1 = 1 K; R2 = 1 K; R3 = 1 K; L1 = 10 H; L2 = 50 H; L3 = 150 H; AC = 380 В.

Постройте модель поставленной задачи и задайте для ее элементов указанные выше параметры. Таймер (Timer) должен включить сеть элементом Breaker через 0,2 с после запуска модели.

Рис. 52. Структура модели трехфазной цепи переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой

После запуска модели в работу на экранах регистратора Scope появятся графики пускового тока, показанные на рис. 53.

Анализ этих графиков показывает, что с повышением индуктивности величина фазного тока не только снижается по амплитудному значению, но и происходит искажение его синусоидальности.

61

го уровня в область положительных значений, а колебания тока в фазе с емкостной нагрузкой снижены по амплитуде.

Рис. 54. Структура модели трехфазной цепи переменного тока с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой, подключенной по схеме «звезда»

Рис. 55. Вариант структуры модели трехфазной цепи переменного тока с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой, подключенной по схеме «звезда»

Поставленную выше задачу альтернативно можно решить на модели, построенной по структуре, представленной на рис. 55. В этой модели используется элемент Three-Phase Parallel RLC Branch, имитирующий в одном блоке три вида нагрузки для каждой фазы. Величина тока и напряжения в каждой фазе трехфазной сети измеряется элементом Three-Phase V-I Measurement, который находится в подразделе Measurements. Сигналы тока и напряжения с этого элемента подаются на двухлучевой

63

регистратор Scope. При этом сигналы для каждой фазы в модели последовательно чередуются (фазы А, В, С).

Параметры элементов этой схемы должны соответствовать следующей последовательности: R1 = 1 K, L = 10 H, C1 = 0,001 Ф.

После составления и запуска модели в работу на экранах регистратора Scope появится совокупность графиков пускового тока и напряжения, зависимость которых показана на рис. 56. Из анализа этих графиков видно, что в отличие от результата предыдущей модели регистратор фиксирует усредненное значение тока и напряжения по каждой фазе, которое неравномерно изменяется в фазах только на начальном этапе пуска. По истечении времени эти параметры становятся одинаковыми во всех фазах.

Рис. 56. Зависимость фазного тока и напряжения

втрехфазной сети с активной, индуктивной

иемкостной нагрузкой, подключенной по схеме «звезда»

64

Задача: составить SPS-модель, в которой индуктивность, емкость и активное сопротивление, соединенные по схеме «треугольник» в трехфазную сеть, подключаются к источнику трехфазногонапряжениявыключателем.

Схема такой модели показана на рис. 57. Параметры элементов этой схемы задаются в следующей последовательности: R1 = 1 K, L = 10 H, C1 = 0,001 Ф. Составьте модель согласно схеме на рис. 57. После запуска модели в работу на экранах регистратора Scope должны появиться графики пускового тока, соответствующие рис. 58.

Рис. 57. Структура модели трехфазной цепи переменного тока с активной, индуктивной и емкостной нагрузкой, подключенной по схеме «треугольник»

Анализ этих графиков показывает, что наименьшая амплитуда тока наблюдается в фазе, соединенной с RL элементами. Значения тока в фазах с элементами RC и LC одинаковы, но противоположны по фазе колебаний тока.

Поставленную задачу аналогично можно решить на модели, построенной по структуре, представленной на рис. 59. В этой структуре использованы принципы построения модели трехфазной сети с нагрузкой, подключенной в варианте по схеме «звезда» (см. рис. 55). Отличие состоит в том, что нагрузка трехфазной сетистроитсяпосхеме«треугольник» изоднофазныхRLC-блоков.

65

После запуска в работу модели, построенной по схеме (рис. 59), на экранах регистратора Scope появятся графики пускового тока, показанные на рис. 60.

Рис. 60. Фазовые характеристики тока и напряжения в трехфазной сети, подключенной по схеме «треугольник»

Анализ этих графиков показывает, что наибольшее влияние на характер изменения фазового напряжения в период пуска оказывают индуктивная и емкостная нагрузки.

67

4.ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

4.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОДНОФАЗНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Исследование характеристик трансформаторных систем в программном пакете МАТLAB будем выполнять на моделях, которые создадим из элементов раздела SimPowerSystems (SPS) библиотеки Simulink.

Задача: составить SPS-модель для исследования характеристик двухобмоточного трансформатора при различных вари-

антах его нагрузки. Схема такой модели показана на рис. 61.

Рис. 61. Схема модели двухобмоточного трансформатора с активной нагрузкой во вторичной обмотке

Для построения такой модели в пакете МАТLAB раскроем библиотеку Simulink и создадим новый файл Untitled*. После этого входим в раздел SimPowerSystems и в подразделе

Electrical Sources находим элемент AC Voltage Source и уста-

навливаем его на рабочем поле модели. Затем в подразделе

68

Elements находим и устанавливаем на рабочем поле модели элементы: Breaker, Linear Transformer, Series RLC Branch.

Элемент Series RLC Branch приводим к типу R и задаем для него значение 1 К. В подразделе Measurements находим и устанавливаем на рабочем поле модели элементы: Voltage Measurement и Current Measurement и создадим две копии каждого из этих элементов. В разделе Commonly Used Blocks библиотеки Simulink находим и устанавливаем на рабочем поле модели элементы: Scope, Mux и Step. Элементы Scope иMux копируем.

После построения модели согласно схеме, представленной на рис. 61, устанавливаем на элементе Step время задержки, равное 0,02 с, а время записи сигала регистраторами Scope определяем равным 1 с. Запустив в работу эту модель, на экранах регистраторов получим графики изменения тока и напряжения в обмотках трансформатора, которые показаны на рис. 62.

Рис. 62. Зависимость напряжения и тока в обмотках трансформатора от активной нагрузки

Графики, полученные в результате эксперимента, отражают изменения напряжений и токов в точном соответствии с коэффициентом трансформации, который задается при выборе параметров трансформатора (элемент Linear Transformer).

На следующем этапе эксперимента элемент Series RLC Branch приводим к типу L (индуктивность) и устанавливаем

69

для него значение 10 Н, После запуска в работу измененной модели на экране регистратора получим график, представленный на рис. 63.

Рис. 63. Зависимость напряжения и тока в обмотках трансформатора от индуктивной нагрузки

Аналогично, изменив параметр элемента Series RLC Branch на тип C со значением 0,001 Ф и снова запустив модель, поучим результат, отраженный на рис. 64. Проанализируйте характер поведения моделей при соответствующей нагрузке.

Рис. 64 Изменение напряжений и токов в обмотках трансформатора при емкостной нагрузке

70