МУ к лабораторной работе (ТЭП) № 2_1

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

МинистерствообразованияРеспубликиБеларусь МинистерствообразованияинаукиРоссийскойФедерации

Государственное учреждение высшего профессионального образования

«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Электропривод и АПУ»

Методические указания

к лабораторной работе № 2_1

ИССЛЕДОВАНИЕДПТСНВПРИПИТАНИИ ОТИСТОЧНИКАНАПРЯЖЕНИЯБЕСКОНЕЧНОЙМОЩНОСТИ

длястудентовспециальности1 – 53 01 05 – Автоматизированныеэлектроприводы

СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УСТРОЙСТВ

Matlab & Simulink

Могилёв 2012

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

Цельработы:

1.Освоить методику составления модели ДПТ с НВ в среде

Matlab.

2.Исследовать переходные процессы пуска ДПТ с НВ при одновременном подключении якоря и обмотки возбужде- ния к источнику бесконечной мощности (момент нагруз- ки равен 0).

3.Исследовать переходные процессы пуска ДПТ с НВ при заблаговременном подключении обмотки возбуждения к источнику (момент нагрузки равен 0,5 Мном).

4.Исследовать переходные процессы в ДПТ с НВ при дина- мическом торможении (момент нагрузки равен 0,5 Мном).

5.Составить модель реостатного пуска ДПТ с НВ (пуск в три ступени).

6.Исследовать переходные процессы при реостатном пуске ДПТ с НВ (момент нагрузки равен 0,5 Мном).

*) При желании можно исследовать и другие переход- ные процессы, например, переходные процессы сброса - наброса дополнительной нагрузки, переходные процессы реверса по цепи якоря и по цепи обмотки возбуждения.

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

Отчетполабораторнойработедолженсодержать:

-Титульный лист (установленной формы для отчетов по ла- бораторным работам)

-Цель работы

-Исходные данные, в соответствии с вариантом задания

-Схему модели ДПТ с НВ

-Схему модели ДПТ с НВ при динамическом торможении

-Схему модели ДПТ с НВ при реостатном пуске

-Расчеты пускового реостата и сопротивления динамиче- ского торможения

-Результаты расчета (требуемые графики функций)

-Выводы по работе

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

Порядоквыполненияработы:

-Составить схему модели ДПТ с НВ.

-Рассчитать переходные процессы пуска ДПТ с НВ при од- новременном подключении якоря и обмотки возбуждения к источнику бесконечной мощности.

-Рассчитать переходные процессы пуска ДПТ с НВ при за- благовременном подключении обмотки возбуждения к ис- точнику.

-Рассчитать сопротивление динамического торможения, обеспечивающее двукратное ограничение тока якоря.

-Составить схему модели динамического торможения ДПТ с НВ.

-Рассчитать пусковой реостат для нормального пуска в три ступени.

-Составить модель реостатного пуска ДПТ с НВ.

-Рассчитать переходные процессы при ступенчатом пуске ДПТ с НВ.

-Сделать выводы по работе.

Результатымоделированиядолжныбытьпредставленыввиде:

графиков функций =f(t), М=f(t), Iя=f(t), Iв=f(t) и фазового портрета =f(М), а также в виде таблицы результатов рас- чета этих величин.

В отчете должны быть приведены также расчеты пускового реостата и сопротивления динамического торможения. Графические зависимости и результаты расчета должны быть представлены в интервале времени достаточном для завершения переходного процесса.

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

Методическиеуказанияповыполнениюработы

Наиболее мощным средством математического моделирова- ния, обеспечивающее проведение исследований практически во всех известных областях науки и техники является математиче- ский пакет MATLAB фирмы The Math Works Inc. Возможности MATLAB весьма обширны, а по скорости выполнения задач эта система превосходит другие подобные системы. Структура пакета позволяет эффективно сочетать оба основных подхода к созданию модели: аналитический и имитационный. Этому способствует не только расширенный набор матричных и иных операций и функ- ций, но и наличие инструментального приложения Simulink, предназначенного для решения задач блочного моделирования динамических систем и устройств и библиотеки блоков SimPowerSystems, предназначенных для моделирования электротехниче- ских систем и устройств. Система визуального моделирования ди- намических систем Simulink является ядром интерактивного про- граммного комплекса, предназначенного для математического мо- делирования линейных и нелинейных динамических систем и устройств, представленных своей функциональной блок-схемой, именуемой моделью. Для построения функциональной блок-схемы моделируемых устройств Simulink имеет обширную библиотеку готовых блочных компонентов SimPowerSystems, таких как, например, тиристор, асинхронный двигатель и т. д. и удобный ре- дактор блок-схем.

1 Основные особенности создания SimPowerSystems- моделей

Методика создания SimPowerSystems-модели (SPS-модели) ни чем не отличается от методики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Для SPS-моделей доступен ускоренный режим расчета и все возможности Simulink, включая набор ин- струментов Simulink Performance Tools, линейный анализ, отлад- чик и т.д. Однако SPS-модели имеют и некоторые особенности:

1)Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку факти- чески являются эквивалентами электрических контактов. Для

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

портов электротехнических блоков использованы новые типы портов - Terminal ports (клеммы). Эти порты, в отличие от вход- ных и выходных портов Simulink-блоков не являются направ- ленными, что соответствует физической природе сигнала про- ходящего через такие порты (электрический ток). Таким обра- зом, электрический ток может через вход или выход блока про- текать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.

2)Теперь, работая с электротехническими блоками, студенту стало гораздо проще отличить обычные порты Simulink от электро- технических клемм, поскольку они отличаются друг от друга формой. Изображение порта на пиктограмме блока представля- ет собой небольшой квадрат - .

3)Соединительные линии между блоками являются, по сути, элек- трическими проводами, по которым ток может протекать также

вдвух направлениях. В Simulink-моделях же информационный сигнал распространяется только в одном направлении - от вы- хода одного блока к входу другого.

4)Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непо-

средственно соединены друг с другом. Сигнал от S-блока можно передать к SPS-блоку через управляемые источники тока или напряжения, а наоборот - с помощью измерителей тока или напряжения.

5)Несколько линий связи (проводов) могут быть соединены между собой.

6)На схеме должен присутствовать хотя бы один измерительный блок (Current Measurement, Voltage Measurement, Three-Phase Measurement или Multimeter). Это связано с особенностями пре- образования SimPowerSystems-модели в эквивалентную расчет-

ную Simulink-модель.

7)При расчете схемы содержащей нелинейные блоки следует ис- пользовать методы:

ode15s - многошаговый метод переменного порядка (от 1 до 5), использующий формулы численного дифференцирова- ния,

ode23tb - неявный метод Рунге-Кутта в начале решения и

метод, использующий формулы обратного дифференциро- вания 2-го порядка в последующем, которые дают наилуч- шие результаты по быстродействию

Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из мно- жества дополнительных библиотек Simulink ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для имитационного моделирования электротехниче- ских устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии,

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и т.п. оборудования. Имеется также раздел содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, студент может не только имитиро- вать работу устройств во временной области, но и выполнять раз- личные виды анализа таких устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, выполнить расчет импеданса (пол- ного сопротивления) участка цепи, получить частотные характе- ристики, проанализировать устойчивость, а также выполнить гармонический анализ токов и напряжений.

Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, соче- тая методы имитационного и структурного моделирования. Например, силовую часть полупроводникового преобразователя электрической энергии можно выполнить с использованием ими- тационных блоков SimPowerSystems, а систему управления с по- мощью обычных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы, а не ее электрическую схему. Такой подход, в отличие от пакетов схемотехнического моделирования, позволяет значитель- но упростить всю модель, а значит повысить ее работоспособность и скорость работы. Кроме того, в модели с использованием блоков SimPowerSystems (в дальнейшем SPS-модели) можно использовать блоки и остальных библиотек Simulink, а также функции самого MATLAB, что дает практически не ограниченные возможности для моделирования электротехнических систем.

Библиотека SimPowerSystems достаточно обширна. В том слу- чае, если все же нужного блока в библиотеке нет, пользователь имеет возможность создать свой собственный блок как с помощью уже имеющихся в библиотеке блоков, реализуя возможности Simulink по созданию подсистем, так и на основе блоков основной библиотеки Simulink и управляемых источников тока или напря- жения.

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

2 Состав библиотеки SimPowerSystems и основные осо- бенности

Библиотека SimPowerSystems имеет пять основных разделов и два раздела дополнительных библиотек. Состав библиотеки

SimPowerSystems приведен в таблице 1.

Таблица 1 – Состав библиотеки SimPowerSystems

Далее в методических указаниях приведены SPS-модели раз- личных устройств.

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

3 Примеры SimPowerSystems-моделей

3.1 Работа 3-фазного источника на активно-индуктивную нагрузку

На рисунке 1 – а) приведена SPS-модель трехфазного источ- ника переменного напряжения, работающего на трехфазную ак- тивно-индуктивную нагрузку. Трехфазный источник переменного напряжения представлен в виде подсистемы (Subsystem), состав которой приведен на рисунке 1 – б). На рисунке 2 приведены гра- фики мгновенных значений фазных напряжений источника.

Рисунок 1 – Модель трехфазного источника переменного напряжения

Рисунок 2 – Графики мгновенных значений фазных напряжений источника

ДИСЦИПЛИНА «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА»

ТЭП

Блоки, использованные для создания SimPowerSystems-модели, приведе- ны в таблице 2, с указанием их параметров и библиотеки где они находятся.

Таблица 2 – Блоки для SimPowerSystems-модели 3-фазного источника