Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Регулируемый электропривод. Моделирование переходных процессов. Методические указания к практическим занятиям и курсовому проекту.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра электропривода
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практическим занятиям и курсовому проекту
Составители: А.М. БАШЛЫКОВ,
В.Н. МЕЩЕРЯКОВ
Липецк
Липецкий государственный технический университет
2014
УДК 621.34(07)
Б335
Рецензент - канд. техн. наук Ю.А. Шурыгин
Башлыков, А.М.
Б335 Регулируемый электропривод. Моделирование переходных процес-
сов: методические указания к практическим занятиям и курсовому
проекту / сост. А.М. Башлыков, В.Н. Мещеряков. – Липецк: Изд-во
Липецкого государственного технического университета, 2014. – 26 с.
Методические указания предназначены для студентов направлений «Ме-
хатроника и робототехника» и «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов»), а также для студентов смежных специальностей. Являются
логическим продолжением методических указаний «Регулируемый электропривод. Статические и динамические характеристики».
Содержат задание, варианты исходных данных и методику выполнения
практических занятий в рамках курсового проекта «Регулируемый электропривод».
Табл. 4. Ил. 11. Библиогр.: 9 назв.
© ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный
технический университет», 2014.
© Башлыков А.М., Мещеряков В.Н., 2014.
Оглавление
3
Принятые сокращения ................................................................................................ 4
Задание для курсового проекта «РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ» ........................................... 4
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДПТ НВ ............................................................................... 5
1.1. Расчёт параметров модели ДПТ НВ ............................................................... 5
1.2. Моделирование динамического процесса реостатного пуска ДПТ НВ,
шунтирования якоря, торможения противовключением, разгона в
обратную сторону и торможения в режиме ЭДТ ................................................. 7
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ .................................. 10
2.1. Расчёт параметров модели асинхронного двигателя .................................. 10
2.2. Определение параметров модели, описывающей режимы включения
двигателя ................................................................................................................ 15
2.3. Построение временных и динамических характеристик прямого и
реостатного пуска АД ФР ..................................................................................... 17
2.4. Построение временных и динамических характеристик частотного
пуска АД (ТПЧ-АД) .............................................................................................. 19
Заключение ................................................................................................................. 20
Библиографический список ...................................................................................... 20
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ...................................................................................................... 22
Б
Д
2
кгм
Б
М
Б
J
2
кгм
Н
М
А
J
2
кгм
4
Принятые сокращения
ДПТ НВ – двигатель постоянного тока с независимым возбуждением;
АД КЗ – асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором;
АД ФР – асинхронный двигатель с фазным ротором;
ТПЧ-АД – тиристорный преобразователь частоты – асинхронный двигатель;
ПЧ-АД – транзисторный преобразователь частоты – асинхронный двигатель;
ЭДТ – электродинамическое торможение.
Задание для курсового проекта
«РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕ-
ХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ»
Кинематические схемы приводов для вариантов 1 и 2 приведены соответ-
ственно на рис. 1 и 2.
Здесь Д – двигатель; 1…8 – номера шестерен редуктора; Б – барабан;
-
диаметр барабана, м; m – масса груза, кг. Для шестерен в числителе указано
число зубьев, а в знаменателе – момент инерции,
действия передач механизма принят равным 1. В табл. 1
. Коэффициент полезного
- статический мо-
мент, приведенный к валу и включающий момент от его потерь холостого хода,
Нм;
Нм и
- момент инерции барабана, приведенный к валу двигателя,
,
- момент номинальный и момент инерции двигателя соответственно,
. В варианте 1 нагрузка по характеру чисто реактивная, а варианте 2
– активная. Исходные данные для вариантов 1 и 2 приведены в прил. 1.
Необходимо смоделировать в приложении Simulink математического па-
кета MatLab характеристики:
;
− динамического процесса реостатного пуска ДПТ НВ, шунтирования якоря, торможения противовключением, разгона в обратную сторону и торможения в режиме ЭДТ;
− построение временных и динамических характеристик прямого и рео-
5
статного пуска АД ФР;
− построение временных и динамических характеристик частотного пуска
АД КЗ.
Рис. 1. Кинематическая схема для варианта 1
Рис. 2. Кинематическая схема для варианта 2
Графическая часть должна содержать: динамические характеристики
электропривода постоянного и переменного тока, полученные путем моделирования в приложении Simulink пакета MatLab.
1. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДПТ НВ
1.1. Расчёт параметров модели ДПТ НВ
Для выполнения модельных исследований режимов пуска, работы в уста-
новившемся режиме и торможения необходимо по паспортным данным двига-
теля произвести расчет параметров, используемых математической моделью,
Я Я ВВ
R , L , R , L , J
∑
Н
af
ВН
С
L,
I
=
ВН
где I номинальный ток обмотки возбуждения.−
J
∑
ДВ МЕХ
JJ J,
∑
′
= +
МЕХ
J
′
Н
Я
ЯН Н П
U
Lk ,
Ip
= ⋅
⋅ω ⋅
В ПВ
В
Ф
L 2p w ,
I
∆
= ⋅ ⋅σ⋅ ⋅
∆
6
выполненной в среде Simulink (рис. 3). Особенность модели заключается в том,
что помимо привычных параметров машины постоянного тока
(Ra, La, Rf, Lf, J см. рис. 3) здесь введен вместо СН пара-
метр взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и якорем машины
(H), который можно вычислить по формуле
L
af
В данном случае под
необходимо понимать сумму
где
- приведенный момент инерции к валу двигателя.
Поскольку данные методические указания являются логическим продолжением методических указаний «Регулируемый электропривод. Статические и
динамические характеристики» [1], то повторять здесь расчет приведения параметров механизма к валу двигателя не будем.
Кроме того, паспортные данные двигателей не содержат величины индуктивностей якоря и обмотки возбуждения. Поэтому определим индуктивность якорной обмотки по формуле Уманского-Линвилля
где к = 0,6 - для двигателей без компенсационной обмотки; для двигателей с
компенсационной обмоткой к = 0,25; p
Индуктивность обмотки возбуждения без учёта вихревых токов [8]
где σ = 1,2 - коэффициент рассеяния обмотки главных полюсов; w
витков на полюс независимой обмотки возбуждения; ∆Ф, ∆Iв – приращение
- число пар полюсов.
п
- число
в
потокосцепления и тока возбуждения на определенном участке кривой намаг-
7
ничивания электрической машины [9].
Рис. 3. Блок ввода параметров модели ДПТ НВ в Simulink
1.2. Моделирование динамического процесса реостатного пуска ДПТ НВ,
шунтирования якоря, торможения противовключением, разгона в
обратную сторону и торможения в режиме ЭДТ
В библиотеке демонстрационных примеров Simulink содержится модель
power_dcmotor, в которой рассмотрен пример реостатного пуска ДПТ НВ
(рис. 4). При этом вывод ступеней пускового реостата реализован в функции
времени.
Необходимо согласно данным своего варианта собрать модель, реализующую реостатный пуск с выводом ступеней в функции тока двигателя.
По данным гл. 2 [1] собрать модель, позволяющую снять динамические
8
характеристики процесса последовательного реостатного пуска ДПТ НВ, шунтирования якоря, торможения противовключением, разгона в обратную сторону
и торможения в режиме ЭДТ. При этом необходимо снять следующие характеристики: M=f(t), w=f(t), I
=f(w).
Я
Рис. 4. Демонстрационная модель пуска ДПТ НВ из библиотеки Simulink
Проанализировать полученные графики переходных процессов, сравнить
с расчетными характеристиками, полученными в гл. 3 [1], и сделать вывод о
причинах различий в полученных результатах. Совместить на одном графике
характеристики w=f(t), IЯ=f(w), полученные расчетным путем и в результате
9
исследования на модели.
Для корректного запуска в операционной среде Windows необходимо в
командной строке MatLab ввести следующие команды для смены кодировки:
bdclose all
set_param(0,'CharacterEncoding','ISO-8859-1')
или
set_param( 0, 'CharacterEncoding', 'wind ows-1252').
Кроме того, неотъемлемой частью модели является блок настроек
powergui (из библиотеки Simulink).
Для обработки результатов моделирования и построения графиков характеристик существуют несколько способов экспорта полученных значений переменных. Наиболее простым является сохранение данных в виде таблицы в
рабочей области MatLab (workspace). Это можно выполнить или с использованием блока To workspace, или настроив любой Scope (рис. 5).
В блоке To workspace (рис. 5) произвольная переменная simout может
быть как скалярной, так и векторной. Формат переменной должен быть типа
Structure With Time для привязки всех значений к временному ряду.
Рис. 5. Способы реализации экспорта полученных при моделировании данных
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
1u v
1u v 1 1u v k 1u v
2u v
2u v 2 2u v k 2u v
1uv 1 1uv m 2uv
2uv m 1uv 2 2uv
d
u ri jω;
dt
d
u r i j(ω ω) ;
dt
L i +L i ;
L i +L i .
−
−− −
−
−− −
−−−
− −−
Ψ
= + +Ψ
Ψ
= + + −Ψ
Ψ=
Ψ=
1a 2a
1a 1 1a 2a
2 2a
1b 2b
1b
1 1b 2b
2 2b
1c 2c
1c
1 1c 2c
2 2c
dd
u R i ; u R i ;
dt dt
dd
u R i ; u R i ;
dt dt
dd
u R i ; u R i ,
dt dt
ΨΨ
=+=+
ΨΨ
=+=+
ΨΨ
=+=+
10
2.1. Расчёт параметров модели асинхронного двигателя
Для выполнения модельных исследований режимов пуска работы в установившемся режиме и торможения необходимо по паспортным данным двигателя
произвести расчет параметров, используемых математической моделью выполненной в среде Simulink.
Немного теории:
При математическом описании
трехфазного асинхронного двигателя используют уравнения Кирхгофа для фазных напряжений статора и ротора АД:
Как видно, получена система из шести уравнений. Рассмотрение электрической машины в естественной системе координат позволяет непосредственно управлять напряжениями и токами фаз, однако математический аппарат,
применяемый для решения этих уравнений, слишком громоздок. Поэтому на
практике трехфазную систему заменяют пространственными (обобщенными)
векторами. В результате преобразований получают систему уравнений, которая имеет более простое решение, а также переменные, входящие в её состав,
позволяют наглядно выразить такие важные характеристики двигателя, как:
электромагнитный момент, потребляемая активная и реактивная мощности.
Система имеет вид: