Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электрооборудование в строительстве. Лабораторный практикум
.pdf
.фном ф
U
КI
1
1
.
RrК
Х х К
n
X
L
f
2
Рис.1. Базовая экспериментальная установка
4) Рассчитайте активные R и индуктивные Х сопротивления элементов
схемы замещения в системе СИ
,
,
где r и x – активные и индуктивные сопротивления, выраженные в
относительных единицах (табл.1).
5) Рассчитайте индуктивности элементов схемы замещения в системе
СИ
,
где fn – номинальная частота напряжения статора (50 Гц).
2. Разработка базовой вычислительной модели экспериментальной
установки на основе блоков библиотеки SimPowerSystems.
На рис.1 представлена вычислительная модель базовой экспериментальной установки, блоки которой будут использоваться во всех опытах
этой лабораторной работы [1].
Основой вычислительной модели является блок Asynchronous
Machine SI Units (группа SimPowerSystems – Machines), который имеет
три электрических входа А, В и С – выводы фазных обмоток статора – для
подключения источников переменного напряжения, и три электрических
вывода a, b и c – выводы фазных обмоток ротора – для подключения внеш-
них цепей к обмоткам ротора. Выводы a, b и с используются только при
моделирования асинхронного двигателя с фазным ротором, поэтому в данной лабораторной работе при настройке блока Asynchronous Machine SI
41
Units необходимо для параметра Rotor Type (Тип ротора) выбрать значе-
Рис.2. Настройки блока Asynchronous Machine SI Units
ние Squirell-cage.
Вход Tm является информационным и предназначен для подачи значения момента нагрузки двигателя. Выход m также является информационным и предназначен для вывода значений внутренних координат двигателя: токов обмоток статора и ротора, скорости вращения, угла поворота и
электромагнитного момента ротора.
Блок Asynchronous Machine SI Units имеет набор внутренних пара-
метров (рис.2), которые должны быть настроены следующим образом.
Preset model – встроенные наборы параметров асинхронных двигателей – выбирается вариант No, так как в работе используются собственные
данные асинхронных двигателей.
42
Mechanical input – тип механического входа: момент нагрузки Tm или
0
0
0
240
120
Аф
B ф
C ф
u ( t ) U sin( t ),
u ( t ) U sin( t ),
u ( t ) U sin( t ),
скорость w. Так как асинхронная машина работает в режиме двигателя, то
выбирается вариант Torque Tm.
Rotor type – тип ротора двигателя: фазный (Wound) или короткоза-
мкнутый (Squirell-cage). В данной работе исследуется АД с короткозамкнутым ротором, поэтому выбирается вариант Squirell-cage.
Reference frame – тип системы координат: вращающаяся с ротором
(Rotor), неподвижная (Stationary) или вращающаяся с полем статора
(Synchronous). По умолчанию используется вращающаяся система коорди-
нат, связанная с ротором. Оставляем этот параметр без изменений.
Nominal power, L-L volt, and frequency – вектор, состоящий из значений номинальной мощности Pn, линейного напряжения Uл статора и номинальной частоты напряжения fn. Используя данные для своего варианта
(табл.1), вводим вектор значений [Pn Uл fn].
Stator resistance and inductance – вектор, состоящий из значений ак-
тивного сопротивления Rs и индуктивности Ls обмотки статора. Используя
данные, рассчитанные в п.2 вводим вектор значений [Rs Ls].
Rotor resistance and inductance – вектор, состоящий из значений ак-
тивного сопротивления Rr’ и индуктивности Lr’ обмотки ротора. Используя данные, рассчитанные в п.2 вводим вектор значений [Rr’ Lr’].
Mutual inductance – значение взаимной индукции обмоток – указы-
ваем значение Lμ, рассчитанное в п.2.
Inertia, friction factor, and pairs of poles – вектор, состоящий из значений момента инерции J, коэффициента трения F и числа пар полюсов p.
Используя данные для своего варианта (табл.1), вводим вектор значений [J
F p].
Initial conditions – начальные условия. Оставляем значения, заданные
по умолчанию.
Для работы асинхронного двигателя необходимо, чтобы к его статорным обмоткам была подключена система трехфазного напряжения [3,4]
где Uф и ω
– амплитуда и угловая частота фазного напряжения, ω0=2πf.
0
Добавьте в модель три блока источника переменного напряжения АC
Voltage Source (группа SimPowerSystems - Electrical Sources). Разверните
эти блоки и соедините их так как показано на рис.1.
43
Блок АC Voltage Source необходимо настроить следующим образом
Рис.3. Настройки блоков АC Voltage Source
(рис.3):
Peak amplitude – амплитуда фазного напряжения. Укажите номинальное значение U1ф=220 В.
Phase – начальный фазовый сдвиг напряжения. Для источника, подключенного к фазе А укажите 0, для источника фазы В – 240, а для источника фазы С – 120.
Frequency – частота напряжения. Укажите во всех источниках номинальное значение fn=50 Гц.
На выход блока m подается вектор внутренних координат двигателя.
Для удобства их наблюдения следует выделить из общего вектора отдельные параметры с помощью блока Machines Measurement Demux (группа
SimPowerSystems – Machines). Соедините его с выходом m блока
Asynchronous Machine SI Units и настройте так, как показано на рис.4.
44
Рис.4. Настройки блока Machines Measurement Demux
Для наблюдения выходных координат блока Machines Measurement
Demux установите 4 блока Scope.
3. Экспериментальная часть.
3.1. Определение критического момента Мк асинхронного двига-
теля
Критический момент Мк является важной характеристикой асинхронного двигателя, определяющей его максимальную нагрузочную способность [3,4]. Для экспериментального нахождения его величины необходимо использовать следующую методику:
1) Дополните вычислительную модель базовой экспериментальной
установки блоком Ramp (группа Simulink – Sources), который
предназначен для формирования линейно изменяющегося сигнала,
и подключите его к входу Tm блока Asynchronous Machine SI
Units.
2) Настройте блок Ramp, который имеет следующие внутренние па-
раметры (рис.5) [1]:
Slope – скорость изменения сигнала или ускорение, т.е.
число, показывающее насколько изменится выходной сигнал
45
за 1 секунду. Целесообразно использовать значения от 3 до
М
к
Рис.6. Переходный процесс по моменту двигателя
Рис.5. Настройки блока Ramp
10.
Start time – момент вре-
мени начала работы блока.
Так как линейно возрастающую нагрузку нужно подавать после разгона двигателя
до установившейся скорости
холостого хода, то данный параметр рекомендуется принять равным 3 с.
Initial output – начальное
значение, от которого начинает формироваться линейно
нарастающий сигнал.
Оставьте значение, заданное
по умолчанию («0») без изменения.
3) Запустите моделиро-
вание. После окончания расчета откройте блок Scope М, в котором
будет показан переходный процесс электромагнитного момента
двигателя (рис.6).
46
4) Полученный переходный процесс имеет ярко выраженный экстре-
Табл.2 Экспериментальные данные
естественной механической характеристики АД
М
с,1-9
М
с,1
=
0,1М
к
М
с,2
=
0,2Мк
М
с,3
=
0,3Мк
М
с,4
=
0,4Мк
М
с,5
=
0,5Мк
М
с,6
=
0,6Мк
М
с,7
=
0,7Мк
М
с,8
=
0,8Мк
М
с,9
=
Мк
0
Ic
Iр
I
хх
М
к
мум (точку перегиба). Он означает, что двигатель не может развить
момент более значения в этой точке. Это и есть значение критического момента Мк асинхронного двигателя.
3.2. Исследование естественной механической характеристики АД
с короткозамкнутым ротором
Методика получения естественной механической характеристики АД
аналогична рассмотренной ранее в лабораторной работе №1 (п.3.1) и состоит в выполнении следующих этапов:
1) Дополните вычислительную модель базовой экспериментальной
установки блоком Step и подключите его ко входу Tm блока
Asynchronous Machine SI Units.
2) В блоке Step укажите первое значение момента нагрузки 0,1ꞏМк
(табл.1) и момент времени подачи нагрузки (Step time) 3 c.
3) Запустите моделирование. После окончания расчета откройте блок
Scope w, в котором будет отображен переходный процесс скорости.
4) Определите значение скорости холостого хода ω0 и скорости двига-
теля под нагрузкой ω. Запишите найденные значения в табл.2.
5) Определите значение амплитуды тока холостого хода Iхх (устано-
вившееся значение тока статора Ic до подачи нагрузки (рис.7)).
6) Определите значения амплитуды токов статора Ic и ротора Iр в уста-
новившемся режиме под нагрузкой (рис.7,8).
7) Повторите пункты 2-4 для других значений момента нагрузки и за-
полните табл.2.
8) Загрузите полученные данные Мс и ω (табл.2) в рабочее простран-
ство Matlab и постройте график естественной механической характеристики АД по методике, описанной в лабораторной работе №1
(п.3.1).
47
I
хх
I
с
Рис.7. Переходный процесс по току статора двигателя
Рис.8. Переходный процесс по току ротора двигателя
Iр
В процессе получения данных о естественной механической характеристике АД необходимо зафиксировать переходные процессы скорости
ω(t), тока статора Iс(t) и тока ротора Iр(t) при нагрузке 0,7ꞏМк и включить
их в отчет.
48
Загрузите полученные данные Мс, Iс и Iр (табл.2) в рабочее простран-
01
1
0
к,
k,
(M )
s
ство Matlab и постройте графические зависимости I
(М
c
) и I
с
(М
) по мето-
р
с
дике, описанной в лабораторной работе №1 (п.3.1). Сделайте вывод о характере этих зависимостей (линейный или нелинейный).
3.3. Исследование искусственных механических характеристик АД
с короткозамкнутым ротором при вариации амплитуды напряжения статора.
Требуется построить искусственные механические характеристики АД
при различных значениях амплитуды напряжения статора. Для этого
нужно провести серию вычислительных экспериментов по следующей методике:
1) В вычислительной модели базовой экспериментальной установки
установите в блоках АC Voltage Source A, B и C параметр Peak
amplitude равный 0.25ꞏ220 В.
2) Определите новое значение критического момента М
по мето-
к,1
дике, описанной в п.4.1.
3) Замените блок Ramp на блок Step.
4) Укажите в блоке Step первое значение момента нагрузки 0.1ꞏМк
(табл.3) и момент времени подачи нагрузки (Step time) 3 c.
5) Запустите моделирование. После окончания расчета откройте блок
Scope w, в котором будет отображен переходный процесс скорости
ω(t). Определите значения скорости холостого хода ω0 и скорости ω
под нагрузкой.
6) Повторите пункты 4 и 5 для других значений момента нагрузки Мс
и заполните 1-ую часть табл.3.
7) Определите критическое скольжение s
по выражению
k,1
и занесите его в табл.3.
8) Зафиксируйте переходный процесс скорости ω(t) при нагрузке
0,7ꞏМ
и включите его в отчет.
к
9) Установите в блоках АC Voltage Source A, B и C параметр Peak
amplitude равный 0.5ꞏ220 В и повторите пункты 2-8. Заполните 2-
ую часть табл.3.
10) Установите в блоках АC Voltage Source A, B и C параметр Peak
amplitude равный 0.75ꞏ220 В и повторите пункты 2-8. Заполните 3-
ью часть табл.3.
49
11) Загрузите полученные данные Мс и ω (табл.3) в рабочее про-
.
,i ,
ф ном
к
к ф i
U
М
МU
2
Табл.3. Экспериментальные данные
искусственных механических характеристик АД
1
0,25U
ном
М
с,1-9
М
с,1
=
0,1М
к
М
с,2
=
0,2Мк
М
с,3
=
0,3Мк
М
с,4
=
0,4Мк
М
с,5
=
0,5Мк
М
с,6
=
0,6Мк
М
с,7
=
0,7Мк
М
с,8
=
0,8Мк
М
с,9
=
Мк
0
М
к,1
s
k,1
2
0,5U
ном
М
с,1-9
М
с,1
=
0,1М
к
М
с,2
=
0,2Мк
М
с,3
=
0,3Мк
М
с,4
=
0,4Мк
М
с,5
=
0,5Мк
М
с,6
=
0,6Мк
М
с,7
=
0,7Мк
М
с,8
=
0,8Мк
М
с,9
=
Мк
0
М
к,2
s
k,2
3
0,75U
ном
М
с,1-9
М
с,1
=
0,1М
к
М
с,2
=
0,2Мк
М
с,3
=
0,3Мк
М
с,4
=
0,4Мк
М
с,5
=
0,5Мк
М
с,6
=
0,6Мк
М
с,7
=
0,7Мк
М
с,8
=
0,8Мк
М
с,9
=
Мк
0
М
к,3
s
k,3
странство Matlab и постройте графики искусственных механиче-
ских характеристик АД по методике, описанной в лабораторной работе №1 (п.3.1).
12) Проверьте выполнение соотношения
, где Мк –
критический момент естественной механической характеристики
АД, М
к,i
, U
– критический момент и амплитуда напряжения ста-
ф,i
тора для i-ой искусственной механической характеристики АД
(i=1,2,3), U
,– номинальная амплитуда напряжения статора.
ф.ном
13) Проведите анализ полученных искусственных характеристик и
постройте зависимость Мк(Uф), где Uф - амплитуда напряжения статора.
14) Сделайте вывод о характере зависимости критического скольже-
ния sk от амплитуды напряжения Uф.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]