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

ЭМС / Metodichka _10.12.12

.pdf
Скачиваний:
120
Добавлен:
27.02.2016
Размер:
1.28 Mб
Скачать

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «СЕВМАШВТУЗ» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет в г. Северодвинске

С.В. Платоненков

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Методические указания к выполнению лабораторных работ на ЭВМ

Северодвинск

2012

УДК 621.

Моделирование электромеханических систем. Методические указания к выполнению лабораторных работ на ЭВМ. /С.В. Платоненков – Северо-

двинск: Севмашвтуз, 2012.– 49 с. ил.

Ответственный редактор: к.т.н., профессор А.Н. Манойленко

Рецензенты:

Настоящий курс лабораторных работ по дисциплине «Электромеханические системы» предназначены для студентов специальности 220201 «Информатика и управление в технических системах».

Лабораторные работы по основам электромеханики выполняются на ПК в среде MATLAB 7.x с помощью приложения SIMULINK.

Исследованию подвергаются основные типы электрических машин:

однофазные трансформаторы (лаб. работа №1);

трехфазные трансформаторы (лаб. работа №2);

асинхронные машины с короткозамкнутым ротором (лаб. работа №3);

асинхронные машины с фазным ротором (лаб. работа №4);

синхронные генераторы (лаб. работа №5);

синхронные двигатели (лаб. работа №6);

машины постоянного тока (лаб. работы №7 и №8).

© Севмашвтуз, 2012 г.

ВВЕДЕНИЕ

3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: исследование однофазного трансформатора под нагрузкой.

1.1Содержание работы

1.Определение параметров схемы замещения при помощи опытов холостого хода и короткого замыкания.

2.Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора.

1.2Описание лабораторной установки

Модель для исследования трансформатора показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Модель для исследования однофазного трансформатора Модель содержит:

источник переменного напряжения (AC Voltage Source) E1 из библио-

теки SimPowerSystems/Electrical Sources;

исследуемый трансформатор (SimPowerSystems/ Elements/ Linear Transformer);

нагрузку (SimPowerSystems/ Elements/ Series RLC Branch);

измерители напряжения (SimPowerSystems/ Measurement/ Voltage Measurement) V1 , V2 и измерители тока (SimPowerSystems/ Measurement/ Current Measurement) I1 , I 2 в цепях трансформатора;

измерители активной и реактивной мощности в цепях трансформатора

(SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements/ Active & Reactive Power);

блок пользователя (SimPowerSystems/ Powergui), который измеряет значения V1 , V2 , I1 , I 2 ;

блоки дисплеев (Simulink/ Sinks/ Display) для количественного представления измеренных мощностей и блок осциллографа (Simulink/ Sinks/ Scope) для наблюдения формы кривых тока и напряжения во вторичной цепи;

4

Параметры трансформаторов для выполнения лабораторной работы приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 –

Параметры трансформаторов

 

 

 

U1, В

 

Sн,кВА

U2, В

Uк, %

Pк, Вт

P10, Вт

I10, %

1

660

 

10

400

3,8

300

80

6,0

2

660

 

10

400

4,5

280

90

7,0

3

660

 

16

400

3,8

400

120

5,2

4

660

 

16

400

4,5

400

125

5,8

5

660

 

25

400

3,8

600

155

4,1

6

660

 

25

400

4,5

560

180

4,8

7

660

 

40

400

3,8

880

220

3,7

8

660

 

40

400

4,5

800

250

4,0

9

660

 

63

400

3,8

1280

290

3,1

10

660

 

63

400

4,5

1090

355

3,3

11

660

 

100

400

3,8

1450

390

2,7

12

660

 

100

400

4,5

2060

500

2,7

Базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчетная полная мощность S, обозначенная как Pn[VА], номинальная частота (Гц), действующее номинальное напряжение (В) соответствующей обмотки.

Приступая к моделированию необходимо для каждой обмотки найти относительные сопротивления и индуктивности. Удобство задания параметров в относительных единицах заключается в том, что относительные сопротивления и индуктивности первичной и вторичной обмоток оказываются равными.

Расчет относительных параметров трансформатора осуществляется на основании паспортных данных завода изготовителя по выражениям:

 

 

R =

 

R0

=

 

 

 

 

S

 

,

 

 

L =

x0

=

 

 

 

S

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

Zb

 

 

U1

× I10 × cosϕ0

 

 

m

 

Zb

 

 

U1 × I10 × sinϕ0

 

 

(1.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R¢ = R¢

=

 

Rk

 

=

S ×U k

× cosϕk

,

 

 

 

L¢

= L¢

=

 

xk

=

S ×U k

× sin ϕk

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

2

× Zb

 

 

2

×U12 × I n

 

 

 

 

 

p1

 

p 2

 

 

 

2 × Zb

 

2 ×U12 × I n

(1.2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где ϕ0

= arccos

 

P10

 

,

ϕк

= arccos

Pк

 

, I n

=

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U1

× I10

 

 

 

U к

Iн

 

U1

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: при выполнении расчетов обращайте внимание на размерность значений, приведенных в таблице 1.1.

5

В полях окна настройки параметров трансформатора (рисунок 1.2) последовательно задаются:

мощность трансформатора и частота;

действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения первичной обмотки;

действующее напряжение и относительные параметры схемы замещения вторичных обмоток;

относительные параметры ветви намагничивания;

переменные состояния трансформатора, которые измеряются блоком

Multimeter.

Рисунок 1.2 – Окно настройки однофазного линейного трансформатора

Поскольку блок Multimeter не используется, то в поле Measurement из выпадающего меню выбирается опция None.

В полях окна настройки нагрузки (рисунок 1.3) задаются значения R,L,С.

6

Рисунок 1.3 – Окно настройки параметров нагрузки Для исключения реактивных элементов индуктивность должна быть за-

дана равной нулю, а емкость – бесконечности (inf).

В полях окна настройки параметров источника питания (рисунок 1.4) задаются:

амплитуда напряжения источника (В);

начальная фаза в градусах;

частота (Гц);

образец времени (с);

переменные, измеряемые блоком Multimeter.

Рисунок 1.4 – Окно настройки источника питания

7

Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам трансформатора.

Вокне настройки параметров измерителя мощности указывается частота, на которой измеряется активная и реактивная мощность.

Вполях окна настройки дисплея (рисунок 1.5) указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей.

Рисунок 1.5 – Окно настройки дисплея

1.3 Порядок выполнения работы

Тип трансформатора для выполнения работы задается преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.

Определение параметров схемы замещения и сравнение их с заданными в окне настройки производится при помощи методов холостого хода и короткого замыкания. При холостом ходе нагрузка отключена, трансформатор запитан номинальным напряжением. Действующие значения напряжений и токов трансформатора при холостом ходе определяются в окне блока Powergui.

Активная мощность в режиме холостого хода равна потерям в сердечнике трансформатора.

Относительные параметры ветви намагничивания рассчитываются по вы-

ражениям (1.1-1.2).

Опыт короткого замыкания проводится при коротком замыкании во вторичной цепи. При этом напряжение источника питания должно быть равно напряжению короткого замыкания трансформатора.

Активная мощность в режиме короткого замыкания при первичном токе короткого замыкания равном номинальному, определяет потери в обмотках трансформатора. После проведения опытов и расчета параметров следует сравнить их с теми, которые были введены в окно параметров.

Снятие нагрузочной и рабочих характеристик трансформатора производится на модели (рисунок 1.1) при изменении мощности нагрузки в диапазоне

8

(0,2÷1,2) ·Sном с шагом (0,1÷0,2) · Sном При этом для каждого значения сопротивления нагрузки осуществляется моделирование.

Сопротивление нагрузки рассчитывается по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

R =

U12

 

 

 

 

 

 

 

 

(1.3)

 

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При проведении исследований заполняется таблица 1.2.

 

 

 

Таблица 1.2 –

Измеренные и рассчитанные значения

 

 

 

 

 

Нагр.

 

 

 

 

 

Измерения

 

 

 

 

 

 

Вычисления

 

Р1

Q1

U1

 

I1

 

P2

 

Q2

U2

I2

ϕ1

cosϕ1

 

η

[Ом]

[Вт]

[ВА]

[B]

 

[A]

 

[Вт]

 

[ВА]

[B]

[A]

[град]

[град]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вычисления производятся по выражениям:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η =

P2

;ϕ = arctg

Q1

 

 

 

 

 

(1.4)

 

 

 

 

 

P1

P1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы строится нагрузочная характеристика трансформатора и на отдельном рисунке – рабочие характеристики. Формы напряжения и тока на вторичной обмотке трансформатора, полученные с помощью осциллогра-

фа Scope.

1.4Содержание отчета

1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.

2.Схема модели и описание виртуальных блоков.

3.Сравнительная таблица заданных и определенных из опытов холостого хода и короткого замыкания параметров трансформатора.

4.Внешняя характеристика трансформатора U2=f(I2)

5.Рабочие характеристики трансформатора η=f(I2), cosϕ =f(I2), I1=f(I2).

6.Выводы по работе.

1.5Контрольные вопросы

1.Основные характеристики трансформатора.

2.Структура потерь в трансформаторе и их источники.

3.Основные коэффициенты трансформатора.

9

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: исследование трехфазного трансформатора при различных схемах соединения первичных и вторичных обмоток.

Содержание работы

1.Определение параметров трансформатора при соединении «звезда-

звезда» (Y/Y).

2.Определение параметров трансформатора при соединении «звездатреугольник» (Y/ ).

3.Определение параметров трансформатора при соединении «треугольник-

треугольник» ( / ).

4.Определение параметров трансформатора при соединении «треугольникзвезда» ( /Y).

Описание лабораторной установки

Модель для исследования трехфазного трансформатора показана на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Модель для исследования трехфазного трансформатора

По сравнению с моделью однофазного трансформатора здесь не используются блоки для измерения основных характеристик (основные характеристики трехфазного трансформатора и однофазного трансформатора идентичны), но добавлен блок Multimeter (SimPowerSystems/ Measurement), измеряющий токи и напряжения трансформатора. Значения этих токов отчитываются с окна блока Powergui. Там же снимаются значения входного U1 и выходного U2 напряжений и разность фаз между ними.

Окно настройки параметров трехфазного трансформатора, в отличие от однофазного, содержит два дополнительных поля (рисунок 2.2):

Winding 1 connection (ABC terminals) – схема соединения первичных обмоток;

Winding 2 connection (abc terminals) – схема соединения вторичных об-

моток.

10

Соседние файлы в папке ЭМС