Порядок виконання роботи

1. Вибрати асинхронний двигун змінного струму з таблиці 9 згідно із заданим варіантом.

2. Скласти модель АД за допомогою математичного моделювання в середовищі SIMULINK програмного пакета MATLAB.

3. Дослідити роботу АД при прямому підключенні до мережі живлення без навантаження та при прикладанні статичного моменту.

4. Проаналізувати отримані результати.

5. Скласти звіт.

Лабораторна робота №6 Дослідження динамічних режимів у системі регулювання швидкості при векторному керуванні асинхронним двигуном

Мета роботи:розглянути принцип налаштування контурів регулювання і розрахувати динамічні характеристики у системі регулювання швидкості при векторному керуванні асинхронним двигуном.

Основні теоретичні відомості

Структурна схема системи, призначена для визначення структури і параметрів регуляторів і для розрахунку перехідних процесів, наведена на рис. 30. Щоб оперувати із цифрами, що фігурують у каталожних даних машин, структурна схема представлена в ефективних значеннях змінних.

Схема побудована з використанням математичного опису ненасиченого асинхронного двигуна в обертовій системі координат. Перетворювач характеризується коефіцієнтом передачі за напругою і чистому запізнюванню на час τ, рівному періоду ШІМ інвертора. Вважається, що струми , а отже й, виміряються безінерційними датчиками струму з деяким коефіцієнтом. Вважається також, що величини, обумовлені в моделі потоку, точно відтворюють електромагнітний момент двигуната потокозчеплення ротора,у масштабах, що характеризуються коефіцієнтами зворотних зв’язків за моментом і потокозчепленням роторатавідповідно. Датчик швидкості має коефіцієнт передачі. Сигнали на виходах датчиків позначені символом і відповідним індексом. Також позначення застосовані до вихідних сигналів регуляторів. Оскільки настроювання контурів регулювання відбувається в лінеаризованій системі при такому рівні впливів, що вихідні величини регуляторів не досягають значення обмеження, блоки обмеження на схемі не зображені. Досвід показує, що стандартні налаштування регуляторів, розраховані за лінеаризованим описом системи, забезпечують задовільну динаміку системи, побудованої за принципом підпорядкованого регулювання і при обмеженні вихідних змінних регуляторів.

Настроювання струмових контурів відбувається без урахувань впливу перехресних зв’язків. Передаточна функція розімкнутого контура струму статора по осі β записується у вигляді

де –передаточна функція регулятора струму;

–коефіцієнт передачі перетворювача;

–коефіцієнт датчика струму;

–активний опір статора;

–коефіцієнт розсіювання машини;

–постійна обмотки статора.

Усі параметри взяті з попереднього дослідження.

Рис. 30. Структурна схема системи регулювання швидкості при векторному керуванні в дійсних значеннях змінних

При частоті широтно-імпульсного модулятора (ШІМ), рівній , значення чистого запізнювання складає

де – частота ШІМ.

У зоні частот, де , фазова частотна характеристика ланки чистого запізнювання близька до фазової частотної характеристики аперіодичної ланки з постійною часу[14]. На цій підставі при розрахунку параметрів регулятора струму можна прийняти малу постійну часу, рівну часу чистого запізнюванняі для налаштування контура на модульний оптимум (МО) застосувати ПІ регулятор із параметрами

де – динамічний коефіцієнт регулятора струму;

– коефіцієнт датчика струму.

При розгляді контура струму повинен бути врахований зворотний зв’язок за похідною від потокозчеплення ротора. Перенісши вхід зворотного зв’язку на вихід ланки 1/, одержимо передаточну функцію об’єкта контура у вигляді

де – постійна часу обмотки ротора.

Оскільки звичайно , можна і в контурі струмузастосувати ПІ регулятор із параметрами такими ж, як у контурі струму, тобто визначенимирівнянням (80, 81).

Настроювання контура регулювання потокозчеплення ротора.Для розрахунку параметрів регулятора в контурі, що містить підпорядкований замкнутий контур (у розглянутому випадку – контур струму статора по осі α), рекомендується розглядати його як аперіодична ланка з еквівалентною малою постійної часу, рівною подвійному значенню малої постійної часу підпорядкованого контура. Тоді передаточна функція об’єкта, за якою розраховуються параметри регулятора потоку, повинна бути записана у вигляді

де – мала постійна часу при відсутності запізнювання у визначенні потокозчеплення ротора,(– еквівалентна мала постійна часу струмового контура;– мала постійна часу контура струму);

– коефіцієнт датчика потоку.

Параметри ПІ регулятора потоку повинні бути такими:

де – динамічний коефіцієнт регулятора потокозчеплення.

Налаштування контура регулювання електромагнітного моменту двигуна не містить ланки з великими постійними часу. Припустимо, що в двигуні встановлено номінальне потокозчеплення ротора тоді передаточна функція об’єкта при розрахунку в амплітудних значеннях має вигляд

де – кількість полюсів машини; – потокозчеплення; – коефіцієнт датчика моменту.

Якщо розрахунок ведеться в ефективних значеннях, то коефіцієнт у цьому вираженні для моменту треба прийняти рівним трьом:

де – мала постійна часу контура регулювання моменту.

У цих формулах –передаточна функція аперіодичної ланки, якою при розрахунку параметрів регулятора моменту замінена передаточна функція замкнутого контура струмупри. Для настроювання контура на МО регулятор повинен бути інтегруючим із передаточною функцією

де – динамічний коефіцієнт регулятора моменту.

Якщо розрахунок виконується в амплітудних значеннях, то

При розрахунку в ефективних значеннях

Настроювання контура швидкості зроблено на МО. Оскільки об’єкт являє собою інтегруючу ланку, для налаштування на МО треба застосувати пропорційний регулятор швидкості з коефіцієнтом

де – момент інерції двигуна; – коефіцієнт датчика швидкості.

При настроюванні на МО регулятор швидкості повинен бути пропорційно інтегральним. Його коефіцієнт розраховується за формулою (91), тобто , а постійна часу повинна дорівнювати

В елементах схеми, що належать до моделі потоку, розрахунки виконуються за нижчезазначеними наступним формулами.

Ефективне значення потокозчеплення ротора

Електромагнітний момент двигуна

Частота роторної ЕРС

Параметри беруться з попередньої лабораторної роботи.