ЭМС / Metodichka _10.12.12
.pdf
В выпадающем меню этих полей задается схема соединения. В поле Measurement выбрана опция Windind Voltage, при которой измеряются напряжения обмоток.
Рисунок 2.2 – Окно настройки параметров трехфазного трансформатора
Порядок проведения лабораторной работы
Параметры источника питания Three-Phase Source (рисунок 2.1) задаются
всоответствии с параметрами трансформатора.
Вполях окна настройки параметров источника питания задаются:
−амплитуда источника (В);
−начальная фаза в градусах;
−частота (Гц);
−сопротивление (Ом);
−индуктивность.
Параметры моделирования трехфазного трансформатора аналогичны параметрам моделирования однофазного трансформатора.
11
Для каждого пункта раздела 2.1 проводится моделирование и заполняется отдельная таблица. Например, при моделировании с соединением обмоток по схеме «звезда-звезда» (Y/Y) данные заносятся в таблицу 2.1.
Рисунок 2.3 – Окно настройки параметров источника питания
Таблица 2.1 – Измеренные и рассчитанные значения (Y/Y)
Схема |
|
|
|
Измерения |
|
|
|
Вычисления |
|
U1ф |
I1ф |
U1 |
ϕ1 |
U2ф |
I2ф |
U2 |
ϕ12 |
Коэффициент |
|
Соедин. |
[B] |
[A] |
[B] |
[град] |
[B] |
[A] |
[B] |
[град] |
трансформации |
|
|||||||||
Результаты моделирования получаем в окне блока Powergui. В левой колонке представлены измеряемые переменные, в средней – их действующие значения, в правой – их начальные фазы.
Коэффициент трансформации и разность фаз между входными (U1) и выходными (U2) напряжениями рассчитывается по выражениям:
n = |
U1 |
,ϕ = ϕ1 − ϕ2 |
(2.1) |
|
|||
U 2 |
|
|
|
Содержание отчета
1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.
2.Схема модели и описание виртуальных блоков.
3.Заполненные таблицы.
4.Векторные диаграммы для каждого пункта работы для первичной и вторичной цепи.
5.Выводы по работе.
12
Контрольные вопросы
1.Особенности конструкции трехфазного трансформатора.
2.Схемы и группы соединения обмоток.
3.Основные параметры трехфазного трансформатора.
13
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С
КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ
Цель работы: исследование трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.
Содержание работы
1.Снятие механической характеристики машины в двигательном и генераторном режимах.
2.Снятие рабочих характеристик машины в двигательном режиме.
Описание лабораторной установки
Модель виртуальной установки для исследования асинхронной машины показана на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 – Модель для исследования асинхронной машины Она содержит:
−источник переменного трехфазного напряжения (Three-Phase Programmable Voltage Source) из библиотеки SimPowerSystems/Electrical Sources;
−исследуемую трехфазную асинхронную машину (SimPowerSystems/ Machines/ Asynhronous Machine SI Units);
−блок Step для задания механического момента на валу машины из биб-
лиотеки Simulink /Source;
−измеритель трехфазного напряжения и тока (Three-Phase V-I Measurement), активной и реактивной мощности (Active & Reactive Power) из библиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements;
−измеритель тока (SimPowerSystems/ Measurement/ Current Measurement);
14
−блок Machines Measurement Demux из библиотеки SimPowerSystems/ Machines;
−блок Мих, объединяющий три сигнала в один векторный из главной библиотеки Simulink/ Sygnal Routing;
−трехфазный измеритель активной и реактивной мощности 3-Phase Instantaneous Active & Reactive Power из библиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/Discrete Measurements;
−заземление (Ground) из библиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements;
−блок RMS для вычисления действующего значения величины из биб-
лиотеки SimPowerSystems/ Extra Library/ Measurements;
−блок пользователя (SimPowerSystems/ Powergui), который измеряет значения V1 , V2 , I1 , I 2 ;
−блоки Display для количественного представления измеренных мощностей (в трех первых окнах блока представлены активные мощности в каждой фазе машины, в трех последних - реактивные мощности), электромагнитного момента, скорости машины и блок Scope для наблюдения тока ротора и статора, а также скорости и момента исследуемой
машины из главной библиотеки Simulink/ Sinks.
В полях окна настройки параметров асинхронной машины последовательно задаются:
−тип ротора (Rotor Type), в выпадающем меню этого поля можно задать либо короткозамкнутый, либо фазный ротор;
−система отсчета при анализе (Reference frame);
−мощность, номинальное действующее линейное напряжение и частота;
−параметры схемы замещения статора;
−параметры схемы замещения ротора;
−параметры ветви намагничивания;
−момент инерции, коэффициент вязкого трения, число пар полюсов;
−начальные условия для моделирования (скольжения, положение ротора, токи статора и их начальные фазы).
15
Рисунок 2.2 – Окно настройки параметров трехфазной асинхронной машины с короткозамкнутым ротором
Параметры машины частично берутся из паспортных данных (таблица 3.1), а частично рассчитываются по уравнениям (3.1-3.10).
Таблица 3.1. Параметры трехфазных асинхронных машин
№ |
Тип |
Pн, |
n, |
η, |
cosϕ |
Iн, А |
k |
m |
п |
m |
макс |
J, кгм2 |
|
|
|
об/мин |
% |
|
|
1 |
|
|
|
||
|
|
кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
RAM71A2 |
0,37 |
2820 |
72 |
0,81 |
0,9 |
5,0 |
2,7 |
2,7 |
4,1×10 -4 |
||
2 |
RAM71B2 |
0,55 |
2820 |
74 |
0,82 |
1,3 |
5,0 |
2,8 |
2,8 |
5,3×10 -4 |
||
3 |
RAM80A2 |
0,75 |
2810 |
76 |
0,83 |
1,8 |
5,2 |
2,7 |
2,8 |
6,9×10 -4 |
||
4 |
RAM80B2 |
1,1 |
2800 |
77 |
0,86 |
2,4 |
5,2 |
2,8 |
2,8 |
8,2×10 -4 |
||
5 |
RAM90S2 |
1,5 |
2820 |
79 |
0,87 |
3,2 |
6,5 |
2,7 |
3,0 |
1,5×10 -3 |
||
6 |
RAM90L2 |
2,2 |
2820 |
82 |
0,87 |
4,5 |
6,5 |
3,0 |
3,0 |
2,1×10 -3 |
||
7 |
RAM71A4 |
0,25 |
1440 |
71 |
0,70 |
0,7 |
5,0 |
2,5 |
3,3 |
1,0×10 -3 |
||
8 |
RAM71B4 |
0,37 |
1415 |
73 |
0,80 |
0,9 |
4,5 |
2,0 |
2,4 |
1,2×10 -3 |
||
9 |
RAM80A4 |
0,55 |
1410 |
74 |
0,80 |
1,3 |
4,5 |
1,8 |
2,3 |
1,4×10 -3 |
||
10 |
RAM80B4 |
0,75 |
1410 |
76 |
0,78 |
1,8 |
5,0 |
2,2 |
2,6 |
1,9×10 -3 |
||
11 |
RAM90S4 |
1,1 |
1420 |
77 |
0,80 |
2,6 |
5,0 |
2,3 |
2,6 |
3,4×10 -3 |
||
12 |
RAM90L4 |
1,5 |
1420 |
79 |
0,80 |
3,5 |
5,5 |
2,3 |
2,8 |
4,2×10 -3 |
||
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание: при моделировании принять номинальные параметры питающей сети равными U: 220/380В ∆/Y, f = 50 Гц.
Скорость вращения магнитного поля (синхронная скорость вращения):
|
об |
= |
60 × f |
|
||
n1 |
|
|
|
, |
(3.1) |
|
|
|
|||||
|
мин |
|
p |
|
||
где p – число пар полюсов исследуемой машины. Величина номинального скольжения:
sн = n1 − n . (3.2) n1
Номинальная угловая скорость вращения ротора:
|
рад |
|
π × n |
|
|
ωн |
|
|
= |
. |
(3.3) |
|
|||||
|
с |
|
30 |
|
|
Номинальный, максимальный и пусковой моменты:
M н |
(Нм) = |
Pн [Вт] |
, |
|||
|
рад |
|||||
|
|
(3.4.1) |
||||
|
|
ωн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
с |
|
||
M макс |
= mмакс × M н [Нм], |
(3.4.2) |
||||||||||
M п |
= mп × M н [Нм]. |
(3.4.3) |
||||||||||
Критическое скольжение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
sкр = sн × (mмакс |
+ mмакс2 -1) |
(3.5) |
||||||||||
Приведенное активное сопротивление ротора |
|
|||||||||||
R = |
1 |
× |
(Pн |
+ Пмех ) |
. |
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||
r |
3 |
2 |
× |
1 - sн |
(3.6) |
|||||||
|
||||||||||||
|
|
|
|
Iн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
sн |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Пренебрегая потерями в ферромагнитном сердечнике и добавочными потерями в машине, можно считать, что мощность, выделяемая в активном сопротивлении статорной обмотки, определяется выражением:
П |
эл1 |
» 3 ×U × I |
н |
× cosϕ × (1 -η) - 3 × I 2 |
× R × C 2 - П |
мех |
= 3 × I 2 |
× R |
. |
|||||
|
|
|
|
н |
r |
|
|
н |
s |
|
||||
Отсюда находим величину активного сопротивления статора: |
||||||||||||||
|
|
Rs |
= |
U × cosϕ × (1 -η ) |
- C 2 × Rr |
- |
Пмех |
, |
|
|
(3.7) |
|||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
I н |
|
|
3 × I н2 |
|
|
|
|||
где U = U н - фазное номинальное напряжение
3
При определении активных сопротивлений статора и ротора механические потери принимаются равными (0,01÷0,05) от номинальной мощности. При этом меньшие значения соответствуют машинам с большей выходной мощностью. Коэффициент приведения С принимается равным 1,01-1,05 (меньшие значения для машин большей мощности).
17
Приведенная индуктивность рассеяния ротора:
|
Lis = Lir |
= |
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
(3.8) |
|||||
|
4 ×π × f |
1 |
× (1 + C 2 ) × k |
× I |
н |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|||||||
Индуктивность статора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Ls = |
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 ×π × f1 × I н × |
|
|
|
|
|
- |
2 |
× |
2 ×π × f1 × M макс |
× |
sн |
(3.9) |
|||||
|
|
1 - (cosϕ)2 |
|||||||||||||||
|
|
|
sкр |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
p ×U |
|
|
|
|||||
Индуктивность контура намагничивания: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
Lm = Ls |
− Lir |
|
|
|
|
|
(3.10) |
||||||
Вменю окна настройки параметров универсального блока измерения переменных машин поля Machine type задается тип машины. Флажками выбираются переменные для измерения.
Вполях окна настройки параметров трехфазного источника питания за-
даются:
-амплитуда фазного напряжения источника (В);
-начальная фаза в градусах;
-частота (Гц);
-внутреннее сопротивление (Ом) и индуктивность источника (Гн). Напряжение и частота источника должны соответствовать параметрам
асинхронной машины.
Вокне настройки параметров блока измерения активной и реактивной мощности задается только один параметр – частота, которая должна быть равно частоте источника питания.
Вполях окна настройки дисплея указывается формат представления числовых результатов, в поле Decimation (разбивка) задается число шагов вычисления, через которые значения выводятся на дисплей. Установка в поле Sample time значения -1 синхронизирует работу блока с шагом вычислений.
Вполях окна настройки блока Мих, объединяющего два сигнала в один векторный, задаются число входов и внешний вид представления блока.
Порядок проведения лабораторной работы
Параметры асинхронной машины для выполнения работы задаются преподавателем. Заполняется окно настройки параметров моделирования.
Снятие механической характеристики машины в двигательном и генераторном режимах производится на модели (рисунок 3.1) при изменении нагрузочного момента во всем диапазоне (-1,5÷1,5 от номинального). При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование. При проведении исследований заполняется таблица ω(М ) .
Снятие рабочих характеристик двигателя проводится на модели (рисунок 3.1) при изменении нагрузочного момента в пределах 0÷1,2 от номинального. При этом для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование.
18
При проведении исследований заполняется таблица 3.2. Таблица 3.2. Измеренные и рассчитанные значения
М |
|
|
Измерения |
|
|
|
|
Вычисления |
|
|
|
||||||
|
P1 |
Q1 |
|
U1 |
I1 |
ω |
ϕ |
|
cosϕ |
P2 |
|
η |
|
s |
|||
[Нм] |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
Вт |
ВАр |
|
В |
А |
рад/с |
град |
|
|
Вт |
|
% |
|
% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
Вычисления производятся по выражениям: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
ϕ = arctg |
Q1 |
, P2 |
= M ×ω, η = |
P2 |
, s = ω1 − ω |
|
(3.12) |
|||||||
|
|
|
|
P1 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
P1 |
|
|
|
ω1 |
|
|
|
|||||
По данным таблиц строится механическая характеристика машины и на отдельном графике – рабочие характеристики.
Временные зависимости переменных состояния машины можно наблюдать на экране осциллографа. Здесь видны и переходной процесс при пуске машины, и установившиеся процессы.
Содержание отчета
1.Номер лабораторной работы и варианта, тема, цель.
2.Схема модели и описание виртуальных блоков.
3.Механическая характеристика машины в двигательном и генераторном режимах.
4.Рабочие характеристики машины в двигательном режиме.
5.Выводы по работе.
Контрольные вопросы
1.Особенности конструкции асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2.Основные характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
3.Конструкция ротора асинхронного двигателя.
19
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ С
ФАЗНЫМ РОТОРОМ
Цель работы: исследование трехфазной асинхронной машины с фазным ротором.
Содержание работы
Снятие механической характеристики машины в двигательном режиме.
Описание лабораторной установки
Модель виртуальной установки для исследования асинхронной машины с фазным ротором показана на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Модель для исследования асинхронной машины с ФР Сравнивая модель (рисунок 3.1) с представленной можно убедиться в их
полной аналогии. Разница состоит в том, что в цепь ротора включены одинаковые по величине сопротивления R1=R2=R3(Series RLC Branch) из библиотеки SimPowerSystems/Elements. Отличие окна настройки асинхронной машины с фазным ротором от аналогичной короткозамкнутой состоит в том, что в поле Rotor type введен фазный ротор.
Все остальные блоки и их настройки остались без изменения (см. Лабораторную работу № 3).
Порядок проведения лабораторной работы
Параметры асинхронной машины с фазным ротором аналогичны параметрам асинхронной машины с короткозамкнутым ротором.
Снятие механических характеристик машины в двигательном режиме производится на модели (рисунок 4.1) при изменении нагрузочного момента от 0 до 1,5 номинального и изменении сопротивления в цепи ротора. При этом последовательность выполнения работы следующая:
−задается значение сопротивления в роторе;
−для каждого значения момента нагрузки осуществляется моделирование.
20