Работа 5ml. Исследование трехфазных цепей синусоидального тока

Цель работы

Изучение и практическое применение методов расчета и математического моделирования электрических цепей трехфазного синусоидального тока в среде Matlab/Simulink.

Методические указания

Изучите рекомендации по разработке и исследованию математических моделей электрических цепей и машин в среде Matlab/Simulink (см. Приложение).

Содержание работы

Расчет электрических цепей трехфазного синусоидального тока комплексным методом в среде MATLAB.

Моделирование электрических цепей трехфазного синусоидального тока в среде MATLAB/SIMULINK.

Расчет электрических цепей трехфазного синусоидального тока комплексным методом в среде MATLAB

Условие задачи. Три электроприемника, сопротивления которых R_a=13,4 Ом; Х_a=9,6 Ом; R_b=8,5 Ом; Х_b=15,7 Ом; R_c=7,2 Ом; Х_c= - 14,8 Ом соединены звездой и включены в трехфазную сеть с фазным напряжением U_ф=220 В. Произошел обрыв нейтрального провода (рис.5.1). Рассчитать напряжение смещения нейтрали, фазные напряжения, токи и мощности.

Откройте MatLab, нажмите Вид/Схема рабочего стола/Только окно команд и введите в окно команд исходные данные примера к задаче 4.3 РГР

UA=220; UB=220*exp(-j*2*pi/3);UC=220*exp(j*2*pi/3);

Za=13.4+j*9.6; Zb=8.5+j*15.7; Zc=7.2- j*14.8;

Рис.5.1. Схема электрической цепи к задаче 4.3 РГР (пример)

Введите в окно команд программу расчета комплексов полных проводимостей фаз и комплекса напряжения смещения нейтрали

Ya=1/Za;Yb=1/Zb;Yc=1/Zc;UnN=(UA*Ya+UB*Yb+UC*Yc)/(Ya+Yb+Yc);

Введите в окно команд программу расчета комплексов фазных напряжений электроприемника и комплексов фазных токов

Ua=UA-UnN; Ub=UB-UnN; Uc=UC-UnN; Ia=Ua/Za; Ib=Ub/Zb; Ic=Uc/Zc;

Введите в окно команд программу расчета комплексов полной мощности фаз и комплекса полной мощности всей цепи

Sa=Ua*conj(Ia);Sb=Ub*conj(Ib);Sc=Uc*conj(Ic); S= Sa + Sb + Sc ;

Введите в окно команд программу вывода результатов расчета действительной, мнимой частей, модуля и аргумента комплексов напряжения смещения нейтрали и комплексов фазных напряжений (строки 1-4), комплексов фазных токов (строки 5-7), активной и реактивной мощности, модуля и аргумента полной мощности фаз и всей цепи (строки 8-11)

format bank;

ans=[real(UnN) imag(UnN) abs(UnN) angle(UnN)*180/pi;

real(Ua) imag(Ua) abs(Ua) angle(Ua)*180/pi;

real(Ub) imag(Ub) abs(Ub) angle(Ub)*180/pi;

real(Uc) imag(Uc) abs(Uc) angle(Uc)*180/pi;

real(Ia) imag(Ia) abs(Ia) angle(Ia)*180/pi;

real(Ib) imag(Ib) abs(Ib) angle(Ib)*180/pi;

real(Ic) imag(Ic) abs(Ic) angle(Ic)*180/pi;

real(Sa) imag(Sa) abs(Sa) angle(Sa)*180/pi;

real(Sb) imag(Sb) abs(Sb) angle(Sb)*180/pi;

real(Sc) imag(Sc) abs(Sc) angle(Sc)*180/pi;

real(S) imag(S) abs(S) angle(S)*180/pi] и нажмите Enter.

ans =

-110.99 -114.13 159.20 -134.20

330.99 114.13 350.12 19.02

0.99 -76.40 76.40 -89.25

0.99 304.66 304.66 89.81

20.36 -6.07 21.24 -16.59

-3.74 -2.09 4.28 -150.82

-16.62 8.15 18.51 153.87

6045.24 4330.92 7436.51 35.62

155.67 287.52 326.96 61.57

2467.05 -5071.16 5639.42 -64.06

8667.95 -452.72 8679.77 -2.99

Сравните результаты расчета с результатами расчета примера к задаче 4.3 РГР и убедитесь в правильности введенной Вами программы расчета.

Скопируйте введенную и проверенную Вами программу расчета и вставьте ее в то же окно команд, измените исходные данные задачи в соответствии с вариантом w=31-N задачи 4.3 РГР и повторите расчет.

Перепишите исходные данные варианта w=31-N задачи 4.3 РГР (табл.5.1) и результаты расчета на бланк, постройте векторную диаграмму напряжений и токов.

Таблица 5.1. Исходные данные задачи 4.3 для w=31-N

Вари- анты	Zа			Zb				Zc
	Rа, Ом	Ха, Ом		Rb, Ом		Хb, Ом		Rc, Ом	Хc, Ом
Пример	13.4		9.6		8.5	15.7	7.2		- 14.8
25	16		-18		18	15	0		20
26	19		15		14	-17	18		16
27	16		18		13	16	17		-12
28	6		4		8	-5	0		-8
29	4		-6		7	5	8		0
30	5		3		7	-4	3		6

Рис. 5.2. Векторная диаграмма напряжений и токов для задачи 4.3 (пример)

Моделирование электрических цепей трехфазного синусоидального тока в среде MATLAB/SIMULINK

Откройте окно MatLab, нажмите File/Open, откройте папку work/5ML, найдите и откройте файл psb_5ml (рис.5.3).

Рис.5.3. Схема модели электрической цепи к задаче 4.3 (пример)

Модель трехфазной трехпроводной сети с оборванным нейтральным проводом содержит:

• трехфазный источник электрической энергии Inductive source with neutral из SimPower Systems/Extra Library/Three-phase Library,

• три блока Za, Zb, Zc последовательно соединенных резистора, индуктивности и емкости из SimPower Systems/Elements/Series RLC Branch,

• заземлители нейтрали источника GN и нейтрали приемника Gn из SimPower Systems/Connectors/Ground,

• измеритель напряжения смещения нейтрали UnN из SimPower Systems/Measurements/Voltage Measurement,

• измеритель тока нейтрального провода InN из SimPower Systems/Measurements/Current Measurement,

• блок графического интерфейса пользователя Powergui из SimPower Systems,

• блок универсального измерителя Multimeter из SimPower Systems/ Measurements,

• три блока измерения активной и реактивной мощности Activ&reactive Power из SimPower Systems/Extra Library/ Measurements,

• три блока цифровых регистрирующих устройств Pa, Qa, Pb, Qb, Pc, Qc из Simulink/Sinks/Display.

Откройте таблицу параметров трехфазного источника электрической энергии Inductive source with neutral, задайте амплитуду фазного напряжения sqrt(2)*220, начальную фазу фазы А 0, частоту 50, активное сопротивление 0.001,индуктивность 0.

Откройте таблицу параметров блока последовательно соединенных резистора, индуктивности и емкости Z_а, задайте активное сопротивление R_а, индуктивность L_а и емкость С_а в соответствии с примером к задаче 4.3 РГР, в строке Measurements задайте Branch Voltage and current. Если активное сопротивление R_a отсутствует задайте R_a = 0.01, если реактивное сопротивление X_a>0 – задайте L_a=X_a/(2*pi*f),С_a=inf, если реактивное сопротивление X_a<0 – задайте L_a=0, C_a=1/(2*pi*f*X_a).

Внесите аналогичные исправления в параметры блоков Zb, Zc.

Отключите заземление нейтрали приемника.

Откройте таблицу параметров Multimeter и выведите в его выходное окно мгновенные значения фазных напряжений и токов в следующей последовательности: Ub:Za, Ib:Za, Ub:Zb, Ib:Zb, Ub:Zc, Ib:Zc (рис.5.4).

Рис. 5.4. Параметры блока Multimeter модели 5ML.

Откройте таблицы параметров цифровых измерителей и задайте формат bank.

Откройте Simulation/Simulation parameter, задайте время моделирования 0.1, способ моделирования - с переменным шагом и метод расчета – ode 15s и запустите моделирование.

Откройте окно параметров Powergui, режим измерений Steady-State Voltage & Current, установите измерение действующих напряжений и токов RMS Values, Frequency 50 (рис.5.5) и сравните показания Powergui с результатами ранее выполненных расчетов для примера задачи 4.3.

Рис.5.5. Результаты измерения модулей и аргументов комплексов напряжений и токов в цепях задачи 4.3 (пример)

Измените параметры блоков Z_a , Z_b,, Z_c в соответствии с вариантом w=31-N задачи 4.3 РГР и повторите моделирование. Запишите результаты измерений на бланк и сравните их с результатами Вашего расчета этого же варианта задачи комплексным методом.