Определение параметров схемы замещения асинхронной машины поданным каталога

Номинальное скольжение

где и, - синхронная скорость (скорость вращения магнитного поля); я„ ? номинальная скорость вращения двигателя.

Критическое скольжение

м

где m_max = —- отношение максимального момента (критического) М_н

к номинальному моменту.

Конструктивный коэффициент

Первоначально конструктивный коэффициент задается в диапазоне С) = 1.02-1.05 для предварительного расчета параметров схемы замещения. После расчета индуктивностей, входящих в уравнение, необходимо сравнить полученное значение с первоначально выбранным и уточнить расчет. Обычно за две, три итерации удается достичь совпадение принятого и рассчитанного значений конструктивного коэффициента. Коэффициент вязкого трения

Механические потери

Если предположить, что полные потери состоят из постоянных и переменных потерь, и постоянные примерно равны 1/3 полных потерь, а механические потери составляют половину постоянных потерь, то механические потери ДР_жх определяются из уравнения

Сумма Р„ + АР_мех

Сумма Р_И + АР^_1ех может быть определена как

Сопротивление статора

где т_к = —— - кратность пускового момента (каталожный параметр).

М„

Сопротивление ротора

где i_k = — — отношение тока короткого замыкания (пускового) к номи- нальному току.

Индуктивность статора и ротора

Индуктивность рассеяния статора и ротора Взаимоиндукция

В табл. 1.2 приведены параметры асинхронных двигателей, выпуск которых освоен в последнее время Ярославским электротехническим заводом и которые являются развитием ранее существовавшей серии асинхронных машин типа 4А [2]. Номинальное напряжение машин: 220, 380, 660, 220380, 380660В. Токи указаны для линейного напряжения 380 В. Частота питающей сети 50 Гц.

Параметры асинхронных двигателей

Рис. 1.51. Расчет параметров асинхронного двигателя в Simulink (Figl_51)

В подсистему AKZ Parameters были введены параметры асинхронного двигателя RA90S6 по данным табл. 1.2. Момент инерции увеличен до 0,008 кгм² с учетом подключаемого механизма к валу двигателя. На рис. 1.51 показаны результаты расчета параметров асинхронного двигателя, приведённых в математическом описании асинхронного двигателя.

Параметры двигателя, приведённые в каталоге, записываются в блоки констант подсистемы AKZ Parameters. Схема подсистемы AKZ Parameters открывается двойным щелчком по изображению подсистемы в файле Figl_51. Схема подсистемы AKZ Parameters показана на рис. 1.52.

Рис. 1.52. Схема подсистемы AKZ Parameters

В разработанной программе процесс подбора коэффициента cl автоматизирован и начинается с значения cl = 1,2. Процесс подбора длится до тех пор, пока задаваемое значение сравняется с расчетным. В процессе подбора принимает участие интегратор (см. схему подсистемы Shema zamesheniya в файле Fig 1_51).

По умолчанию модель асинхронного двигателя из раздела библиотеки SimPowerSystems Matlab 7.10 даётся для фазного ротора (рис. 1.53, а, в).

Рис. 1.53. Виртуальная модель асинхронной машины (Figl_53): а) модель в абсолютных единицах двигателя с фазным ротором;

• б) демультиплексор для измерения переменных асинхронной машины;
• в) модель в относительных единицах двигателя с фазным ротором; г) блок powergui для осуществления различных режимов моделирования

и выполнения операций

Рис. 1.54. Окно ввода параметров двигателя в абсолютных единицах

Клеммы А, В, С служат для подключения к трёхфазному напряжению, клеммы а, Ь, с - выходы обмотки ротора. Параметры машины для модификации SI Units вводятся через диалоговое окно в абсолютных единицах, которое вызывается двойным щелчком по изображению машины (рис. 1.54). В закладке Configuration на строке Mechanical input устанавливается режим работы машины в качестве двигателя (Torque Tm) или reHcpaTopa(Speed W); на строке Rotor type предлагается два варианта: Wound - двигатель с фазным ротором и Squirrel - cage - короткозамкнутый двигатель (с беличьей клеткой). В строке Reference frame предлагается три варианта выбора системы координат: Rotor - вращающаяся с ротором с одинаковой частотой; Stationary - неподвижная, наиболее естественная для нас; Synchronous - система координат, синхронно вращающаяся с частотой сетевого напряжения. Параметры асинхронного двигателя вводятся в закладке Parameters в абсолютных или относительных единицах. Следует иметь в виду, что эти параметры в справочниках и каталогах не приводятся, а рассчитываются с помощью различных методик, например, так, как это рассмотрено в предыдущем пункте. Чаще всего применяется короткозамкнутый двигатель.

К выходу т подключается специальный демультиплексор Machines Measurement Demux (см. рис. 1.53, б), находящийся в разделе SimPowerSystems в подразделе Machine. Открывается двойным щелчком левой кнопки мыши диалоговое окно (рис. 1.55), через которое устанавливается тип машины переменного тока в строке Machine type и выбирается перечень измеряемых параметров машины.

Рис. 1.55. Окно выбора типа машины и перечня выходных переменных

По входу Т_т задаётся активный момент нагрузки в Нм. По требованию программы Simulink на рабочем иоле модели должен быть размещён блок powerqui (рис. 1.53, г), иначе процесс моделирования блокируется.

Рис. 1.56. Модель реверсивного электропривода переменного тока с прямым включением двигателя в сеть (Figl_56)

Рис. 1.57. Настройка блоков управления модели привода переменного тока

менения порядка чередования фаз с помощью переключателей Switch и Switch!. Время моделирования принято 0,6 с и реверс через 0,3 с. Активный момент нагрузки задан 100 Нм. Для построения динамической механической характеристики использован графопостроитель XY Graph.

Настройка задающих генераторов синусоидального сигнала, управляемых источников напряжения и переключателей показана на рис. 1.57.

Результаты моделирования процесса пуска - реверса представлены на рис. 1.58. Текущее значение токов представлено в фазах а.

Рис. 1.58. Переходные процессы пуска -реверса асинхронного двигателя

На первом временном отрезке от 0 до (),3-х с на двигатель подаётся напряжение с прямым чередованием фаз, идет разгон двигателя под нагрузкой 100 Нм «вперёд» (положительный знак частоты вращения). Пусковой ток в обмотке фазы а статора достигает амплитудного значения

• 150.6 А. Примерно такое же значение достигает ток в обмотке ротора
• 128.6 А, так как выводится значение тока в обмотке ротора, приведённое к обмотке статора. Электромагнитный момент двигателя носит колебательный характер, что приводит к ухудшению пусковых свойств двигателя и является недостатком асинхронного двигателя. Максимальное значение текущего значения момента составило при пуске «вперёд» 291 Нм. При увеличении частоты вращения колебания момента двигателя затухают, интенсивность роста частоты вращения возрастает. При этом ток статора уменьшается при неизменной частоте 50 Гц, в тоже время ток в обмотке ротора тоже уменьшается, но с уменьшением частоты тока ротора. Это объясняется выбором неподвижной системы координат. В установившемся режиме (текущее время чуть менее 0,3-х секунд) частота

..... 1500* 2тг . __ .. .

вращения достигает значения 140,1 1/с (при a> =-= 157 1/с),

60

момент двигателя 100,1 Нм (при нагрузке 100 Нм), амплитудное значение тока статора 40,88 А, амплитудное значение тока ротора 39,47 А.

В момент времени 0,3 с производится реверс двигателя путём изменения порядка чередования фаз. Эту задачу выполняют переключатели Switch. Идет переходный процесс реверса: ток в обмотке ротора достигает около 130 А амплитудного значения (рис. 1.58), частота тока в обмотке ротора чуть менее 100 Гц. Идет противоточное торможение (двигатель включен «назад», а ещё вращается «вперёд»). Момент двигателя по- прежнему имеет колебательный характер, максимальное значение составляет - минус 285,4 Нм. По мере уменьшения частоты вращения колебательность момента затухает, частота вращения достигает нулевого значения и начинает расти в отрицательной области, которую мы уже назвали «назад». Частота вращения достигает значение минус 169,3 1/с (рис. 1.58), превышающее частоту идеального холостого хода 157 1/с, это свидетельствует о том, что двигатель работает в режиме генераторного торможения и развивает момент положительный плюс 99,4 Нм, равный заданному моменту нагрузки 100 Нм. Ток ротора и статора уменьшились до установившегося значения, соответствующего нагрузке 100 Нм.

На рис. 1.59 приведена снятая при пуске - реверсе механическая характеристика двигателя. Колебательный характер момента при пуске и реверсе весьма существенно изменяет вид механической характеристики. При пуске максимальное значение момента достигает значения около 292,1 Нм, однако, среднее значение, определяющее интенсивность пуска невелико. Наиболее близка к статической механическая характеристика, рассчитанная при пуске двигателя «назад». Двигатель развивает пусковой момент - около минус 200 Нм (рис. 1.59), максимальный момент - минус 95,81 Нм при частоте вращения минус 147,2 1/с и разгоняется до частоты вращения большей, чем частота идеального холостого хода.

Рис. 1.59. Динамическая механическая характеристика асинхронного двигателя при пуске - реверсе с активным моментом нагрузки 100 Нм

Основной вывод, который необходимо сделать, состоит в том, что в модель двигателя можно ввести только активный момент. Виртуальный двигатель из библиотеки SimPowerSystems не способен работать с реактивной нагрузкой, тем более со смешанной.