Pабота 12ml. Исследование частотно-регулируемого асинхронного электропривода центробежного механизма

Цель работы

Оценить эффективность применения преобразователей частоты для экономии энергии в электроприводе центробежных механизмов при частичных нагрузках.

Методические указания

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

Содержание работы

Исследование энергетических параметров асинхронного привода центробежных механизмов при частичных нагрузках при питании от трехфазной сети через преобразователь электрической энергии с регулируемыми напряжением и частотой.

Описание модели

Откройте окно MatLab, нажмите File/Open, откройте папку work/12ML, найдите и откройте файл psb_12ml (рис.12.1). Если в блоке Powergui Discrete появится вопросительный знак Ts=?, удалите дефектный блок и замените его блоком Powergui Discrete Ts=2e-6 из файла work/12ml/psbbridges.

Модель для исследования частотно-регулируемого асинхронного электропривода центробежного механизма содержит следующие блоки из библиотек Simulink и SimPowerSystem:

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

• трехфазный выпрямитель на диодах с мостовой схемой выпрямления Universal bridge (Rectifier) из SimPowerSystem/Extra Library/Power Electronic;

• сглаживающий емкостной фильтр C из SimPowerSystem/Elements/ Parallel RLC Branch;

• трехфазный преобразователь постоянного тока в переменный (инвертор) на IGBT модулях Universal bridge из SimPowerSystem/Extra Library/Power Electronic;

• генератор импульсов управления IGBT инвертора Discrete PWM Generator из SimPowerSystem/Extra Library/ Control Block;

• трехфазный блок резисторов R для создания искусственной нейтрали из SimPowerSystem/ Extra Library/3-phase Library;

• асинхронная машина Asynchronous Machine из SimPowerSystem/ Machines;

• блок умножения Product из Simulink/Math Operations;

• блоки измерения мгновенного значения фазного напряжения источника U_Sf, фазного тока источника I_Sf, напряжения промежуточного звена постоянного тока U_dc, фазного напряжения нагрузки U_Lf из SimPowerSystem/Measurements;

• блок измерения активной и реактивной мощности Discrete Active & reactive Power, блок разложения несинусоидального напряжения на гармоники и вычисления амплитуды первой гармоники Discrete Fourier, блоки вычисления среднего значения входного сигнала Discrete Mean Value из Simulink/SimPowerSystems/Extra Library/ Discrete Measurements;

• осциллоскопы для наблюдения мгновенных значений фазного напряжения нагрузки и фазного тока нагрузки (Scope1), угловой скорости и электромагнитного момента двигателя (Scope2), действующих значений фазного напряжения и тока, активной и реактивной мощности источника (Scope3) из Simulink/Sinks;

• блоки для регистрации результатов моделирования U_Sf, I_Sf, U_dc, U_Lf, ω, T_e, P₁, Q₁, P₂ из Simulink/Sinks/ Display.

Рис.12.1.Электрическая схема модели частотно регулируемого асинхронного электропривода центробежного механизма

Подготовка модели к выполнению исследований

Объект исследования – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, исследованный Вами при выполнении работы 10ML.

В ночное время, в выходные и праздничные дни расход воды и воздуха существенно уменьшается Q_min<<Q_nom, уменьшается коэффициент загрузки механизма q=Q_min/Q_nom , момент сопротивления движению электропривода и потребляемая им мощность.

Существенно уменьшить мощность, потребляемую асинхронным приводом центробежных механизмов при частичных нагрузках, можно при питании электродвигателя через преобразователь частоты.

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 заземленной нейтралью,

• активное сопротивление источника (Ом) 0.1;

• индуктивность источника (Гн) 0.

Откройте таблицу параметров блока Discrete Active & reactive Power и установите Fundamental frequency (основная частота): 50.

Откройте таблицу параметров выпрямителя Universal Bridge (Rectifier) и установите:

• число плеч моста 3;

• конфигурация портов ABC as input terminal;

• вид полупроводниковых устройств моста Diodes;

• измеряемые переменные None.

Откройте таблицу параметров инвертора Universal Bridge (PWM Invertor) и установите:

• число плеч моста 3;

• конфигурация портов ABC as output terminal;

• вид полупроводниковых устройств моста IGBT/Diodes;

• измеряемые переменные None.

Откройте таблицу параметров блока широтно-импульсной модуляции Discrete PWM Generator, задающего напряжение и частоту инвертированного напряжения и установите для вариантов N=1-7 соответственно:

• частота следования импульсов 5000;

• индекс модуляции q=0.12+0.02*N;

• частота выходного сигнала q*50.

Откройте таблицу параметров Asynchronous Machine и введите параметры модели исследуемого двигателя (табл.10.1):

• Тип ротора Squirrel-Cage [короткозамкнутый];

• Система координат Stationary - неподвижная относительно статора.

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

• 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 F (Н*м*с) и число пар полюсов p [J, F, p]

Откройте таблицу параметров блока Gain и установите коэффициент умножения, обеспечивающий момент сопротивления движению, соответствующий получению номинального электромагнитного момента при номинальной угловой скорости вращения K_Gain = T_mn /(ω_n)².

Откройте таблицу параметров блоков Discrete Fourier, Discrete Mean Value и Discrete Mean Value 1 и установите Fundamental Frequency (основная частота) q*50 .

Исследование экономической эффективности асинхронного привода центробежных насосов и вентиляторов при частичных нагрузках и питании от преобразователя электрической энергии с регулируемыми напряжением и частотой

Откройте Simulation/Simulation parameter, задайте время моделирования 0.5, способ моделирования - с переменным шагом и метод расчета – ode 15s , запустите моделирование ► и наблюдайте за текущим временем моделирования и показаниями дисплеев. Результаты моделирования запишите в табл. 12.1.

Откройте осциллоскоп Scope1, включите «Автомасштаб» и перерисуйте на бланк осциллограмму переходного процесса при пуске двигателя - мгновенные значения фазного напряжения нагрузки и фазного тока нагрузки (рис.12.2,а).

Откройте осциллоскоп Scope2, включите «Автомасштаб» и перерисуйте на бланк осциллограмму переходного процесса при пуске двигателя - мгновенные значения угловой скорости и электромагнитного момента на валу двигателя (рис.12.2,б). Определите максимальные и установившиеся значения переменных, результаты запишите в табл. 12.1.

Откройте осциллоскоп Scope3, включите «Автомасштаб» и перерисуйте на бланк осциллограмму переходного процесса при пуске двигателя - действующие значения фазного напряжения и тока источника, активной и реактивной мощности источника (рис.12.2,в). Определите максимальные и установившиеся значения переменных, результаты запишите в табл. 12.1.

В таблицах параметров Discrete Fourier, Discrete Mean Value и Discrete Mean Value 1 установите Fundamental Frequency 50.

Повторите моделирование пуска частично нагруженного асинхронного привода центробежного механизма при питании от трехфазного источника 380 В 50 Гц. Результаты моделирования поместите на бланк.

Таблица 12.1. Оценка экономической эффективности частотно- регулируемого асинхронного электропривода центробежных механизмов при частичных нагрузках

Условия моделирования	U=q*USf, f=q*fn, Tm=Tm.n*(q)2	U=USf, f=fn, Tm=q*Tm.n
Коэффициент загрузки механизма ночью q=Qmin/Qnom
Действующее значение фазного напряжения источника USf , V
Частота тока источника fS, Hz
Действующее значение фазного тока источника ISf, A
Активная мощность источника P1, kWt
Реактивная мощность источника Q1 ,kvar
Среднее значение выпрямленного напряжения Udc , V		XXXXXXX
Действующее значение фазного напряжения нагрузки ULf, V
Частота тока нагрузки fL, Hz
Момент сопротивления движению Tm., N*m
Электромагнитный момент Te., N*m
Угловая скорость двигателя ω, rad/s
Активная мощность на валу двигателя P2, kWt
Скольжение s, о.е.
Коэффициент полезного действия eff, о.е.
Коэффициент мощности cosfi, о.е.
Кратность пускового тока kip , о.е

Сравните технико-экономические показатели электропривода при питании от источника непосредственно и при питании через преобразователь частоты. Рассчитайте стоимость сэкономленной электроэнергии за час, за сутки, за месяц, за год.

а)

б) в)

Рис 12.2. Осциллограммы пуска асинхронного двигателя от преобразователя частоты

Приложение

РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ И МАШИН В СРЕДЕ MATLAB/SIMULINK