3. Результаты компьютерного моделирования переходных и установившихся процессов в трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором при питании от трехфазного симметричного источника

Результаты компьютерного моделирования переходных и установившихся процессов в трехфазном АД с короткозамкнутым ротором типа 4А100L4У3 при питании от трехфазного симметричного источника синусоидального напряжения, полученные в пакете MatLab 6.1, представлены на рис. 77-79.

Двигатель 4А100L4У3 имеет следующие номинальные данные: = 380 В; = 50 Гц; 2 = 4; = 4 кВт; = 27 Н м; = 1420 об/мин [2, 26].

На рис. 77 - 79 фазный ток ротора является приведенным, а частота токов ротора связана с частотой токов статора следующим образом:

, Гц; (10.35)

; (10.36)

, об/мин, (10.37)

где - скольжение; - скорость вращения магнитного поля статора, об./мин; - скорость вращения ротора, об./мин.

Согласно (10.35)-(10.37) и рис. 77-78 начальный этап пуска характеризуется приближенным равенством частот и , поскольку скорость вращения ротора намного меньше скорости вращения магнитного поля статора ( ). По мере разгона двигателя скорость вращения ротора увеличивается ( ) и частота токов в роторе значительно уменьшается (рис. 79), а при отсутствии нагрузки токи в роторе близки нулю (см. рис. 77).

С точки зрения исследования представляют интерес не только кривые переходных и установившихся процессов, но и механические, а также рабочие характеристики трехфазного АД.

На рис. 80а показаны: 1 - динамическая механическая характеристика АД при номинальном напряжении питания; 2 - статическая механическая характеристика АД; на рис. 80б - динамическая механическая характеристика при напряжении питания, в два раза меньше номинального.

С помощью компьютерного моделирования получены рабочие характеристики трехфазного асинхронного двигателя 4А100L4У3 (рис. 81).

В заключение отметим, что в окнах блоков Display1 - Display4 на рис. 72 зафиксированы значения переменных, соответствующие установившемуся режиму работы АД с номинальной нагрузкой.

в

Рис. 77.

в

Рис. 78.

Рис. 79.

а	б
Рис. 80.

Рис. 81.

4. Виртуальная модель трехфазного мостового автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией в MatLab 6.1

Библиотека Power Electronics – библиотека силовых элементов, которая содержит семь типов одиночных силовых элементов и модели различных полупроводниковых преобразователей (рис. 82), представленных одним универсальным блоком Universal Bridge [7].

Виртуальная модель трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах (рис. 83) может быть построена с использованием универсального блока Universal Bridge. Окно настройки этого блока показано на рис. 84. В полях окна настройки задаются:

1) в первом поле Number of bridge arms – количество плеч универсального моста;

2) в выпадающем меню второго поля Port configuration – конфигурация входных и выходных портов (входными могут быть порты АВС, а выходными +,–, или наоборот);

Рис. 82.

3) в третьем Snubber Resistance и четвертом Snubber Capacitance полях – параметры цепей формирования траектории переключения; 4) в выпадающем меню пятого поля Power Electronics device – тип полупроводниковых приборов; 5) в шестом Ron и седьмом Forvard voltage полях – параметры силового полупроводникового прибора в режиме насыщения; 6) восьмое поле Measure- ment предназначено для выбора измеряемых переменных состояния универсального полупроводникового моста. Следует отметить, что каждый полупроводниковый элемент содержит выход m, на котором с помощью измерительных приборов можно посмотреть форму напряжения и тока на элементе и измерить их значения. Все блоки имеют управляющие входы. Для единичных элементов эти входы имеют обозначение g, для универсального моста – pulses.

Рис. 83.

Рис. 84.

Таким образом, схема силовой части разомкнутого электропривода «автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией – асинхронный двигатель» будет иметь вид, представленный на рис. 85.

Рис. 85.

П

Рис. 86.

ринцип широтно-импульсной модуляции (ШИМ) в трехфазном автономном инверторе рассмотрен в разделе III данного пособия. Для реализации режима сину-

соидальной широтно - импульсной модуля-

ции в виртуальной модели инвертора используется блок PWM Generator (рис. 86) из библиотеки Power Electronics/Control Blocks, окно настройки параметров которого показано на рис. 87.

В полях окна настройки блока PWM Generator задаются:

1) в первом поле Generator Mode – количество плеч инвертора;

2) во втором поле Carrier frecuensy – несущая частота в герцах;

3) в третьем поле Modulation index – коэффициент модуляции;

4) в четвертом поле Frecuensy of output voltage – частота модулирующего напряжения в герцах;

5) в пятом поле Phase of output voltage – начальная фаза модулирующего напряжения в градусах.

Рис. 87.

Схема виртуальной установки АИН с ШИМ – АД показана на рис. 88. В состав данной установки вошла часть блоков, рассмотренных при анализе схемы на рис. 72, поэтому более подробно остановимся только на различиях.

Итак, в состав виртуальной установки (рис. 88) введены следующие блоки:

Рис. 88

1) источник постоянного напряжения Vdc из библиотеки Blockset and Toolboxes/Electrical Source (окно настройки источника Vdc показано на рис. 89);

Рис. 89.

2) блок PWM Generator, представляющий собой универсальный блок управления автономным инвертором, который в данном случае реализует режим синусоидальной ШИМ;

3) блок IGBT Inverter, выполненный на основе универсального блока Universal Bridge из библиотеки Power Electronics, с использованием которого реализован трехфазный мостовой инвертор на IGBT-транзисторах.

В составе виртуальной установки, схема которой показана на рис. 88, отсутствует блок Mexan (см. рис. 72), предназначенный для наблюдения динамической механической характеристики. При необходимости этот блок может быть введен и в схему на рис. 88, однако его присутствие значительно замедляет скорость расчета.

Было показано, что перед началом моделирования в пакете MatLab 6.1 необходимо задать параметры расчета через меню Simulation/Simulation Parameters. Окно настройки параметров расчета для модели АИН с ШИМ – АД представлено на рис.90. Подробный анализ настроек, устанавливаемых в полях данного окна, был проведен в предыдущей главе данного раздела.

Рис. 90.

5. Результаты компьютерного моделирования

переходных и установившихся процессов в трехфазном асинхронном двигателе с короткозамкнутым ротором при питании от трехфазного мостового автономного инвертора

с широтно-импульсной модуляцией

Результаты компьютерного моделирования переходных и установившихся процессов в трехфазном АД с короткозамкнутым ротором типа 4А100L4У3 при питании от АИН с ШИМ, полученные в пакете MatLab 6.1, представлены на рис. 91, 92. Отметим, что при моделировании задавались параметры, указанные в полях окон настроек соответствующих блоков (см. рис. 71, 84, 87, 89, 90).

Рис. 91.

Результаты моделирования показывают, что при питании трехфазного АД от АИН с ШИМ кривые фазных токов статора и ротора имеют практически синусоидальную форму, вследствие чего пульсации электромагнитного момента двигателя весьма незначительны.

Рис. 92.

На рис. 93 показана динамическая механическая характеристика АД типа 4А100L4У3 при питании от АИН с ШИМ.

Рис. 93.

В заключение отметим, что в окнах блоков Display1 – Display3 на рис. 88 зафиксированы значения переменных, соответствующие установившемуся режиму работы АД с номинальной нагрузкой при питании от АИН с ШИМ.