Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

diplom[ishodniki] / До Мигдалёнка / Методы / Лабораторная работа №3_4_2

.pdf
Скачиваний:
71
Добавлен:
31.05.2015
Размер:
219.52 Кб
Скачать

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПЕ- РЕМЕННОГО ТОКА С АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ПРИ ВЕКТОРНОМ УПРАВ- ЛЕНИИ.

Цель работы: Изучить динамические свойства электропривода переменного тока с век- торным управлением.

ИСХОДНОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

Для осуществления векторного управления короткозамкнутым асинхронным двига- телем ось x и y ориентируем по направлению результирующего вектора потокосцепле-

ния ротора Ψ2 . При этом система координат x и y будет вращаться в пространстве со скоростью поля ротора. Таким образом, будем иметь соотношения

Ψ2 X = Ψ2 ;

Ψ2Y = 0;

и дифференциальные уравнения принимают вид

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dΨ2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u1X = R1i1X

+

L12

 

 

+ (L1

 

 

di1X

 

i1Y ω0' );

 

 

 

 

 

 

L12

)(

 

 

 

 

 

 

L2

 

 

L2

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L12

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

di1Y

 

 

 

 

 

 

 

u = R i +

Ψ ω' + (L

 

L12

)(

 

i ω' );

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1Y

 

 

 

 

1 1Y

 

 

L2

2 0

1

 

L2

 

 

 

dt

 

1X 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 =

 

 

Ψ2

+

dΨ2

 

 

R2

L12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2

 

 

i1X ;

 

 

 

 

 

 

 

 

,

(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 = R2

L12

i1V − Ψ2ω2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M =

 

 

 

 

 

 

 

Ψ i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

L12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pΠ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

L

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где:

 

i1Y проекции вектора напряжения и тока статора двигателя на оси x и y ;

u1X ,

u1Y , i1 X ,

Ψ2

модуль результирующего вектора потокосцепления ротора;

 

 

ω2

= ω0 ω

круговая частота скольжения ротора относительно поля ротора.

 

 

Представим третье и четвертое уравнения системы уравнений (1) в виде:

pΨ

 

 

=

R 2' L12

i

R2'

Ψ

 

;

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

L2

 

1 X

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ψ

 

w

 

= Ψ

 

w + R '

L12

i

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

0

 

 

2

 

 

2

 

L2

1Y

 

 

Подставляя их в первое и второе уравнения системы уравнений (1) после преобра-

зований получим операторные изображения проекций напряжений статора

u

= R

Э

(T p +1)i

L ω i

R '

 

L12

Ψ ;

2

1X

 

 

Э

1X

Э

0 1Y

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

(2)

 

= R

 

 

(T p +1)i

+ L ω

 

+

L12

 

Ψ

u

Э

i

 

ω,

 

 

1Y

 

Э

1Y

Э

0 1X

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

где Lэ эквивалентная индуктивность цепи статора, Гн;

 

L2

 

Lэ = L

12

,

 

1

L2

 

 

 

Rэ - эквивалентное сопротивление цепи статора;

Rэ = R + R '

 

L122

,

 

1

2

 

L22

 

 

 

 

 

Тэ - эквивалентная постоянная времени статора;

Тэ = Lэ .

Rэ

Коэффициент, связывающий момент двигателя с током и потоком:

KM =

M

=

3

L12

 

 

 

pΠ

 

i

Ψ

2

L

 

1Y

2

 

 

 

2

Передаточная функция звена, преобразующая ток статора i1x в потокосцепление Ψ2 имеет вид:

k

r

=ψ2 =

L12

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

i1x

T2 p +1

 

 

T

=

L2

 

 

 

 

 

 

R2'

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

Параметры управляющего устройства рассчитываются исходя из следующих вы-

ражений:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент обратной связи по току:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U зт max

 

 

 

 

 

 

Кот = λ

*I

ном

 

 

 

 

 

 

 

i

 

Коэффициент обратной связи по скорости:

Коc =Uωзс max

ном

Коэффициент обратной связи по потоку:

К = U зп max

оп Ψ2

Передаточные функции регуляторов имеют следующий вид. Регулятор тока:

Wртx ( p) =Wртy ( p) = Rτэ (Tэ pβ+1)

2 Kот п p

Регулятор потока:

Wрп ( p) = Kотτ (T2 p +1) 4 KопL12 p

Регулятор скорости:

W

рс

( p) =

1 +8τ p

*

J Kот

8τ p

4τ K м Kос

 

 

 

 

 

 

 

где:

τ - малая постоянная времени, τ = 0,001 с; βп коэффициент усиления преобразователя, βп = 51,4.

Величина магнитного потока ψ2 определяется из выражения:

Ψ2 =

 

2 R2 Мн

;

 

 

 

 

 

3 w2н рп 2

 

ω2н. = ω0 ном.*Sн;

 

Номинальный ток статора:

 

 

 

 

 

I1н =

 

 

Pн

 

 

 

 

 

 

3*U1фн *ηн * cosϕ

 

Номинальная скорость двигателя:

 

 

 

 

 

ω н

= π * n * (1S

н )

 

 

30

 

 

Номинальный момент двигателя:

Мн = Рн

ωн

Структурная схема асинхронного электропривода с векторным управлением пред- ставлена на рисунке 1.

 

 

 

 

 

 

R2L12

 

 

 

Крп

 

Кртx

Кп

L22

Ψ2

Uзп

 

 

 

 

Тр7р +1

 

Тр5р +1

β

 

 

 

 

1

L12

 

-

Тр8р

-

Тр6р

τp +1

Rэ(Тэр +1)

Т2р +1

 

 

 

 

 

 

Kотх

Kоп

 

Крc

 

Kотy

Кп

Uзс

 

 

Тр3р +1

 

- Тр1р +1

β

 

Тр4р

/

Тр2р

τp +1

 

-

 

Кртy

 

 

 

 

 

Kоc

Lэ

X

 

 

 

рn

 

 

 

 

/

 

Lэ

X

 

R2L12

 

 

 

 

 

Mc

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

ω

-

1

 

 

-

 

 

Kм

 

1

-

Rэ(Тэр +1) X

 

Jp

рnL12

 

 

 

 

 

X

 

 

 

 

L2

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Структурная схема асинхронного электропривода с векторным управлением.

Рисунок 2 – Структурная схема модели асинхронного электропривода с векторным управлением.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Используя исходные данные рассчитать параметры структурной схемы для моделиро- вания асинхронного двигателя с векторным управлением. Ток якоря ограничить на уровне 2.5*Iном.

2.Собрать структурную схему модели, представленную на рисунке 2. Для преобразова- ния токов статора трёхфазного АД в токи эквивалентного двухфазного АД использо- вать преобразователь фаз ПФ1. Преобразования выполняются в соответствии с выра- жениями:

i

= k

 

(i

1

i

1

i

)

 

 

 

1α

 

c

 

1a

2

 

1b

 

 

2 1c

 

i

= k

 

 

 

3

(i

i

)

 

.

c

 

 

1β

 

2

 

1b

 

1c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kc = 2 3

Преобразование из неподвижной системы координат αβ во вращающуюся систему координат (преобразователь координат ПК1)выполнить в соответствии с выражениями:

i1x = i1α cosϕ0 + i1β sin ϕ0

i1 y = −i1α sin ϕ0 + i1β cosϕ0 .

Обратные преобразования выполняются в соответствии с выражениями: преобразователь координат ПК2:

U1α

= U1x ' cosϕ0

U1 y ' sin ϕ0

;

U1β

= U1x ' sin ϕ0

+ U1 y ' cosϕ0

преобразователь фаз ПФ2:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1a

= U1α

 

 

 

 

 

 

 

U1b

= −

1

 

U1α

+

 

3

 

U1β .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

U1c

= −

1

U1α

 

3

U1β

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

Блок компенсации БК компенсирует перекрёстные обратные связи. Компенсирующее напряжение определяется из выражений:

U kx = −ω0 σ L1 i1y

U ky = ω0 (L1σ i1x + Ψ2 x ) .

2

σ =1 L12

L1 L2

Для определения проекции вектора потокосцепления ротора Ψ2х использовать выра- жение:

 

 

Ψ2 x =

 

L12

i1x .

 

 

 

T p +1

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Синхронная электрическая угловая скорость определяется из выражения:

ω

 

= ω

 

p

 

+

L12 R2'

 

1

i .

0

2

n

 

Ψ2 x

 

 

 

 

 

L2

 

 

1Y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структурная схема подсистемы определения потока и угла поворота осей системы ко- ординат представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Структурная схема подсистемы определения потока и угла поворота осей

системы координат Структурные схемы подсистем «Канал потока» и «Канал скорости» представлены на

рисунках 4 – 5. Для реализации регуляторов использовать детализированные структурные схемы (рисунок 6).

Рисунок 4 – Структурная схема подсистемы «Канал потока».

Рисунок 5 – Структурная схема подсистемы «Канал скорости».

Рисунок 6 – Детализированная структурная схема ПИ-регулятора.

Преобразователь частоты реализовать структурной схемой, представленной на рисун- ке 7.

Рисунок 7 – Структурная схема преобразователя частоты

3.Выполнить моделирование пуска двигателя при постоянном напряжении задания ско- рости Uзс = 10 В и Uзс = 2 В для следующих случаев:

a)Статический момент равен номинальному моменту двигателя Мс = Мном, момент инерции равен Jн = 1,7*Jд;

b)С увеличенным и уменьшенным статическим моментом (Мс1 = 2*Мном, Мс2 = 0,2*Мном)

c)С увеличенным моментом инерции (J = 2*Jн).

3.Выполнить моделирование пуска и торможения двигателя при линейном задании ско- рости. Максимальные значения напряжения задания скорости принять равными Uзсмакс1 = 10 В и Uзсмакс2 = 2 В. Время разгона и торможения определить исходя из ус- ловия получения электромагнитного момента двигателя, равного 2*Мном.

 

 

 

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

Рн

Статор

Ротор

 

Мн

КПД

cos f

Sн

рn

Jд

кВт

R1

L1

R2

L2

L12

Н*м

%

 

%

 

 

 

 

 

 

1

11

0,418

0,212

0,261

0,214

0,21

36

88

0,9

3,1

1

0,023

2

15

0,403

0,15

0,171

0,151

0,148

49

88

0,91

2,3

1

0,048

3

18,5

0,261

0,129

0,149

0,13

0,128

121

90

0,88

2,7

2

0,13

4

22

0,219

0,1035

0,112

0,1042

0,102

143

90

0,9

2

2

0,19

5

30

0,181

0,0712

0,087

0,0713

0,0696

293

90,5

0,9

2,3

3

0,45

6

37

0,159

0,063

0,076

0,064

0,062

361

91

0,89

2

3

0,74

7

5,5

1,051

0,385

0,757

0,389

0,382

18

87,5

0,91

4

1

0,0075

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

Цель работы.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчёт параметров структурной схемы двигателя и системы управления

3.Структурная схема модели, реализованной в системе структурного моделирования

Simulink.

4.Зависимости i1x(t), i1y(t), М(t), ω(t), Ψ2(t) для каждого случая моделирования.

5.Выводы с анализом влияния изменяемых параметров на динамические характеристики электропривода.