Pабота 11ml. Исследование асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Цель работы

Исследование механических и рабочих характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

Методические указания

Изучите рекомендации по исследованию моделей электротехнических устройств в MatLab (см. Приложение).

Содержание работы

Исследование естественных механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при питании от источника с неизменным напряжением и частотой.

Исследование искусственных механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при включении дополнительного сопротивления в цепь ротора.

Исследование рабочих характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при включении дополнительного сопротивления в цепь ротора.

Описание модели

Откройте окно MatLab, нажмите File/Open, откройте папку work/11ML, найдите и откройте файл psb_11ml.

Модель для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором (рис. 11.1) содержит следующие блоки из библиотек Simulink и SimPowerSystem:

• трехфазный источник синусоидального напряжения 3-phase Sourse из SimPowerSystem/Electrical Sources;

• асинхронная машина Asynchronous Machine из SimPowerSystem/ Machines;

• блоки дополнительных резисторов, включенных в цепь фазных обмоток ротора 3-Phase R и 3-Phase R_1 и трехфазный выключатель 3-Phase Breaker из SimPowerSystem/ Extra Library/3-Phase Library;

• шины для соединения 3 входящих линий Bus Bar3 и Bus Bar3_1 из SimPowerSystem/Connectors

• источники постоянного воздействия Constant и линейно изменяющегося воздействия Ramp из Simulink/Sources;

• блок измерения мгновенного значения фазного напряжения U_Sf источника из SimPowerSystem/Measurements/Voltage Measurement;

• блок измерения мгновенного значения фазного тока I_Sf источника из SimPowerSystem/Measurements/Current Measurement;

• блок измерения амплитудных значений напряжения и тока и средних значений активной и реактивной мощностей Discrete Active & Reactive Power из SimPowerSystem/ Extra Library/ Discrete Measurements;

• блоки для наблюдения действующих значений фазного напряжения и тока двигателя, активной и реактивной мощности Scope1, угловой скорости двигателя и электромагнитного момента Scope и графопостроитель XY Graf из Simulink/Sinks;

• блоки для регистрации результатов моделирования w, Te, Uf /If, P/Q из Simulink/Sinks/ Display.

Рис.11.1. Схема модели для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором

Подготовка модели к выполнению исследований

Объект исследования – асинхронный двигатель с фазным ротором. Тип двигателя и его каталожные данные для разных вариантов приведены табл.11.1.

Для заданного Вам варианта рассчитайте номинальный ток двигателя I_n= P_n /( sqrt (3)*U_n*η_n* cosfi), номинальную угловую скорость двигателя w_n=n_n *π/30), номинальный электромагнитный момент на валу двигателя T_en=P_n/w_n и номинальный момент сопротивления движению T_mn=T_en*sqrt(eff). Результаты расчета поместите в раздел «Результаты расчета» табл.11.1.

Таблица 11.1. Каталожные данные исследуемых двигателей

и результаты расчета параметров их моделей в MatLab

N, вариант	1	2	3	4	5	6	7
Тип двигателя	4АК200 М4	4АК200 L4	4АК200 М6	4АК200 L6	4АК200 М8	4АК200 L8	4АК225 М4
Каталожные данные
Pn, Вт	22000	30000	18500	22000	15000	18500	37000
Un, В	380	380	380	380	380	380	380
fn, Гц	50	50	50	50	50	50	50
sn, о.е.	0.025	0.025	0.035	0.035	0.035	0.035	0.035
eff, о.е.	0.900	0.905	0.880	0.880	0.860	0.860	0.900
cosfi, о.е.	0.87	0.87	0.81	0.80	0.70	0.73	0.87
kip, о.е.	6	6	6	6	6	6	6
kmmax	4.0	4.0	3.5	3.5	3.0	3.0	3.0
Результаты расчета
Rs , Ом	0.2778	0.1877	0.3282	0.2690	0.3793	0.3347	0.1383
Ls, Гн	0.668e-3	0.493e-3	0.72e-3	0.598e-3	0.746e-3	0.631e-3	0.397e-3
Rr, Ом	0.1047	0.0777	0.1460	0.1198	0.1284	0.1133	0.0881
Lr, Гн	0.668e-3	0.493e-3	0.72e-3	0.598e-3	0.746e-3	0.631e-3	0.397e-3
Lm, Гн	32.69e-3	24.1e-3	29.6e-3	24.1e-3	25.16e-3	22.26e-3	19.44e-3
J, (кг*м^2)	0.57	0.69	0.67	0.67	1.27	1.27	0.77
Ff, N m s	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
p	2	2	3	3	4	4	2
In, A	42.69	57.89	39.43	47.48	37.86	44.77	71.8
w, рад/с	153.15	153.15	101.05	101.05	75.79	75.79	151.58
Te.n, Н*м	143.65	195.88	183.07	217.7	197.91	244.09	244.09
Tm.n , Н*м	136.28	186.35	171.73	204.22	183.54	226.36	231.57

Параметры модели других двигателей могут быть рассчитаны по ниже приведенной программе [3]:

%Справочные данные- тип двигателя 4AK225M4

Pn=37000; Un=380; fn=50; sn=0.035; eff=0.9; cosfi=0.87; kip=6; kmmax=3; p=2; J=0.77;

%Параметры модели двигателя

Uf=Un/sqrt(3); no=60*fn/p; n=no*(1-sn); In=Pn/(3*Uf*eff*cosfi); w=pi*n/30; Ten=Pn/w; Tmn= Ten*sqrt(eff); sk=(kmmax+sqrt(kmmax^2-1))*sn;

for c=1.01:0.002:1.03;

Rr=1.015*Pn*sn/(3*In^2*(1-sn));

Rs=(Uf*cosfi*(1-eff)/In)-c^2*Rr-(0.015*Pn/(3*In^2));

L=Uf/(4*pi*fn*(1+c^2)*kip*In);

Ls=Uf/(2*pi*fn*In*sqrt(1-cosfi^2)-4*pi*fn*kmmax*Ten*sn/(3*p*Uf*sk));

Lm=Ls-L;c1=1+L/Lm;format short;

[Rs 1000*L Rr 1000*Lm c;

In w Ten Tmn c1]

Для расчета необходимо скопировать программу из папки MatLab/work/11ml/model_parameters.m в окно команд MatLab, ввести в программу вместо данных примера каталожные данные заданного Вам двигателя, дописать после скорректированной программы слово end , выбрать из результатов расчета строку, в которой значения с = с1 и выписать соответствующие этой строке значения параметров модели двигателя.

Откройте таблицу параметров модели источника питания 3-Phase Sourse и установите:

• действующее значение линейного напряжения (B) 380;

• начальная фаза напряжения в фазе А (град) 0

• частота источника (Гц)] 50

• соединение фаз источника - Yg - звезда с заземленным нулевым проводом,

• активное сопротивление источника (Ом) 0.1, индуктивность 0.

Откройте таблицу параметров Asynchronous Machine и введите рассчитанные параметры модели заданного Вам двигателя (табл. 11.1):

• тип ротора Wound [фазный];

• система координат Stationary - неподвижная относительно статора.

• номинальная мощность Pn (ВА), действующее линейное напряжение Un (В) и номинальная частота fn (Гц) [P_n, U_n, f_n];

• сопротивление Rs (Ом) и индуктивность Ls (Гн) статора [Rs, Ls];

• сопротивление Rr (Ом) и индуктивность Lr (Гн) ротора [Rr, Lr];

• взаимная индуктивность статора и ротора (Гн) [Lm];

• момент инерции J (кг*м^2), коэффициент трения Ff (Н*м*с) и число пар полюсов p [J, Ff, p]

Откройте таблицу параметров блока Discrete Active & Reactive Power и установите Fundamental Frequency (основную частоту) 50.