LB5_1
.docxМинистерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический Университет»
Инженерная школа энергетики
Отделение электроэнергетики и электротехники
Направление: 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника
Моделирование асинхронного двигателя
Лабораторная работа №5.1
Вариант – 8
по дисциплине:
Математическое и имитационное моделирование мехатронных систем
Выполнил: :
|
|
||||
студент гр. 5А06 |
|
|
Сергеев А.С. |
|
17.03.2024 |
|
|
|
|
|
|
Проверил:
|
|
||||
доцент ОЭЭ ИШЭ |
|
|
Воронина Н.А. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Томск – 2024
Цель работы: моделирование асинхронного двигателя (АД) с помощью программного продукта MatLab.
При составлении математической модели асинхронного двигателя принимают ряд допущений, общепринятых в теории электрических машин переменного тока:
1) параметры обмоток всех фаз имеют одинаковые значения, т.е. имеет место симметричный режим работы;
2) магнитное поле электрической машины имеет синусоидальное распределение вдоль воздушного зазора;
3) учитывается только первая гармоника питающего напряжения на выходе преобразователя частоты;
4) не учитываются потери в стали двигателя, вызываемые протеканием вихревых токов в магнитопроводе АД и его перемагничением;
5) не учитывается насыщение магнитной цепи АД благодаря наложению ограничений на статорные токи;
6) эффект вытеснения токов в проводниках ротора пренебрежимо мал изза ограничения частоты токов ротора рабочим участком механической характеристики;
7) не учитывается неоднородность магнитной проводимости в зазоре, обусловленная наличием пазов и зубцов.
Ввиду принятого допущения о симметричности обмоток для осуществления перехода к двухфазной системе координат достаточно знания напряжений только двух фаз двигателя. Имитационные модели АД с использованием вышеуказанной математической модели в двухфазной системе координат и стандартный блок библиотеки SimPowerSystems представлены на рис. 1.
Рисунок 1 – Имитационная модель АД
В параметрах элементов источников переменного напряжения AC Voltage Source необходимо назначить (рис. 2) для каждого компонента напряжение 310 Вольт (амплитудное значение фазного напряжения) и частоту 50 Гц. Сдвиг по фазам – 0, 240, 120 градусов для каждого компонента соответственно.
Рисунок 2 – Параметры источника
Модель АД в двухфазной неподвижной системе координат, составленная по системе дифференциальных уравнений представлена подсистемой AD (рис. 3).
Рисунок 3 – Модель АД в двухфазной неподвижной системе координат
Параметры модели АД в двухфазной неподвижной системе координат, соответствующие двигателю АИР250S6, представлены на рис. 4.
Рисунок 4 – Параметры модели в m-файле
Параметры стандартной модели АД из библиотеки SimPowerSystems, соответствующие двигателю АИР250S6, представлены на рис. 5.
Рисунок 5 – Параметры имитационной модели в АД
Для более точного результата параллельной работы двух моделей выбираем тип шага Variable-step, метод расчета ode45, погрешность расчета Relative tolerance = 1e-4.
Результаты моделирования параллельной работы двух моделей в режимах пуска вхолостую и наброса номинальной нагрузки представлены на рис. 6 – 8. Наброс нагрузки происходит в момент времени t=0.8 с, когда АД уже вышел на устойчивый режим работы. Пунктирная линия – результат моделирования АД с использованием стандартной модели АД из библиотеки SimPowerSystems, сплошная линия – результат моделирования АД с использованием структурной схемы, составленной по системе дифференциальных уравнений.
Рисунок 6 – График изменения частоты вращения АД
Рисунок 7 – График изменения момента АД
Рисунок 8 – График изменения тока статора АД
Вывод: в результате параллельного моделирования были получены графики изменения частоты вращения, момента и тока статора АД при пуске вхолостую и набросе нагрузки. Графики полностью совпадают, что соответствует об адекватности использования стандартной модели АД из библиотеки SimPowerSystems и модели, составленной с помощью системы дифференциальных уравнений.