3. Разработка модели системы для программы MatLab

3.1. Математическая модель асинхронного двигателя

Уравнения, описывающие асинхронный двигатель в координатах , выглядят следующим образом:

(3.1)

Преобразовав их можно получить:

(3.2)

М_э = 3/2*L_mp(I_rI_s - I_rI_s)

Рассчитаем параметры структурной схемы для реализации её в Mathlab:

Дано: 4АН280S2У3. Параметры двигателя: Р_ном = 160 кВт, U_н=380В, I_н=287А, n₀ = 3000 об/мин, КПД_ном = 94 %, Cos _ном = 0,9, J_дв =4,6 кг*м²

3.3. Описание модели системы Структурная схема системы

Модель насосной установки с асинхронным двигателем представлена на рисунке 3.2.

Рис.3.2. Структурная схема насосной установки.

Модель состоит из следующих элементов:

• Задатчика интенсивности;

• Блока ограничения;

• Генератора импульсов;

• Дискретного ШИМ генератора;

• Источника напряжения переменного тока;

• ШИМ инвертора;

• Блока асинхронного двигателя;

• Блока измерения параметров двигателя

Задатчик интенсивности

Структурная схема задатчика интенсивности представлена на рисунке 3.3. Задатчик интенсивности предназначен для задания сигнала по скорости с заданной интенсивностью нарастания разгона и торможения.

Рис. 3.3. Структурная схема задатчика интенсивности.

Блок ограничения

Блок ограничения представлен на рисунке 3.4. Он налагает верхние и нижние границы на сигнал. Когда сигнал выходит за пределы диапазона, указанного в блоке, то он подрезается по этим границам. Если сигнал находится в этих пределах, то он пропускается дальше.

Рис. 3.4. Блок ограничения.

Генератор импульсов

Генератор импульсов представлен на рисунке 3.5. Генератор служит для вырабатывания импульсов управления ШИМ генератором путем сравнения сигналов задания с пилообразным напряжением внутри генератора, частота которого равна 2 кГц.

Рис. 3.5. Генератор импульсов.

Дискретный ШИМ генератор

Рис. 3.6. Дискретный ШИМ генератор.

Служит для создания импульсов управления ШИМ инвертором.

Источник постоянного напряжения

Этот блок представлен на рисунке 3.7. и осуществляет функции идеального источника напряжения постоянного тока. Положительный полюс помечен знаком плюс. Можно изменять напряжение в любое время в течение моделирования. Подает напряжение на ШИМ инвертор, через который питает двигатель.

Рис 3.7. Источник постоянного напряжения.

ШИМ инвертор

ШИМ – широтно-импульсная модуляция. Блок представлен на рисунке 3.8.

Используется в большинстве преобразователей. Инверторы с ШИМ используются во всех перспективных преобразователях частоты, применяемых в приводах с глубоким регулированием скорости. Отличительной особенностью этих инверторов является не только возможность регулирования в них как напряжения, так и частоты от нуля до номинального значения, но и получение формы выходного тока, близкой к синусоидальной. Это позволяет в таких системах обеспечить весьма широкий диапазон регулирования угловой скорости асинхронного двигателя и уменьшить потери в нем от высших гармоник напряжений. При использовании инверторов с ШИМ отпадает необходимость в источнике регулируемого выпрямленного напряжения, что упрощает силовую схему и позволяет получить коэффициент мощности преобразователя, близкий к единице.

Рис. 3.8. ШИМ инвертор.