Библиографическое описание:

Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Авдеев А. С., Габзалилов Э. Ф., Прокопьев К. В., Ситенков А. А., Пестеров Д. И., Юнусов Т. Ш. Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного двигателя в пакете SimPowerSystems // Молодой ученый. — 2016. — №14. — С. 28-34.



Целью данной работы является овладение технологией сборки модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (АКЗ) в пакете SimPowerSystems для использования в лабораторной работе по дисциплине «Математическое моделирование в электромеханических устройствах».

Виртуальная модель для исследования прямого пуска АКЗ на холостом ходу с последующим приложением номинального момента показана на рис. 1 [1], [2].

Рис. 1. Моделирование прямого пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя в SimPowerSystems

Модель содержит трехфазную асинхронную машину (AsynchronousMachineSIUnits), запитанную от трехфазного источника напряжения (Three-PhaseSource), блок для измерения скорости и момента машины (BusSelector), блок момента нагрузки (Step) и блоки измерения (Scope, ToWorkspace). Для работы модели в SimPowerSystems необходимо добавить блок Powergui. Данный блок, помещенный в модель, позволяет задать начальные значения переменных модели, выполнить расчет установившегося режима, осуществить инициализацию схемы, содержащей электрические машины, и найти полное сопротивление (импеданс) цепи.

При запуске модели осуществляется прямой пуск АКЗ, по истечении некоторого времени прикладывается момент нагрузки.

Рассмотрим подробнее алгоритм построения модели.

  1. Блок асинхронного двигателя (AsynchronousMachineSIUnits).

Находим в обозревателе библиотек блоков (SimulinkLibraryBrowser) библиотеку Simscape и раскрываем следующий путь до раздела Machines (рис. 2). Переносим блок AsynchronousMachineSIUnits на рабочее поле сборки модели.

Рис. 2. Расположение блока AsynchronousMachineSIUnits в окне библиотеки SimPowerSystems

Открываем блок асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Появится окно, в котором производим следующие действия:

− на вкладке «Конфигурация» (Configuration) в поле «Тип ротора» (Rotortype) выбрать беличью клетку (Squirrel-cage), в поле Squirrel-cagepresetmodel установить значение «No», позволяющее изменение параметров двигателя (рис. 3,а);

− на вкладке «Параметры» (Parameters) устанавливаем параметры двигателя (рис. 3,б), например, J = 28.

Рис. 3. а) вкладка «Конфигурация»; б) вкладка «Параметры»

  1. Блок шинного селектора (BusSelector).

В библиотеке Simulink раскрываем следующий путь до группы блоков «Разводка сигнала» (SignalRouting) (рис. 4). Переносим блок BusSelector на рабочее поле.

Рис. 4. Расположение блока BusSelector в окне библиотеки Simulink

Открываем блок шинного селектора. Из списка механических характеристик (Mechanical) выбираем электромагнитный момент (ElectromagnetictorqueTe (N*m)) и скорость вращения ротора (Rotorspeed (wm)) и добавляем их в список выбранного (Selectedsignals) кнопкой Select (рис. 5).

Рис. 5. Выбор характеристик в блоке BusSelector

  1. Блок «Трехфазный источник питания» (Three-PhaseSource).

Находим в SimulinkLibraryBrowser библиотеку Simscape и раскрываем следующий путь до источников электрической энергии (ElectricalSources) (рис. 6). Переносим блок Three-PhaseSource на рабочее поле.

Рис. 6. Расположение блока Three-PhaseSource в окне библиотеки SimPowerSystems

Открываем блок трехфазного источника питания. Появляется окно, в котором устанавливаем следующие параметры (рис. 7):

− фазное напряжение (Phase-to-phase voltage, Vrms): 660;

− частота (Frequency, Hz): 50;

− сопротивление источника питания (Sourceresistance, Ohms): 0.0029;

− индуктивность источника питания (Sourceinductance, H): 0.

Рис. 7. Установка параметров источника питания

  1. Блок сохранения данных в рабочей области (ToWorkspace).

В библиотеке блоков Simulink раскрываем следующий путь до раздела «Приемники сигнала» (Sinks) (рис. 8). Переносим блок ToWorkspace на рабочее поле.

Рис. 8. Расположение блока ToWorkspace в окне библиотеки Simulink

Открываем блок ToWorkspace. Вводим следующие параметры (рис. 9):

− имя переменной (Variablename): out;

− формат сохранения данных (Saveformat): Array;

− способсохранениясигналов (Save 2-D signals as): Inherit from input;

− снятьгалочкус Log-fixed point data as fi object.

Рис. 9. Установка параметров блока ToWorkspace

Результаты моделирования прямого пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в SimPowerSystems даны на рис. 10, которые совпадают с результатами расчетов, приведенных в статье [4].

Рис. 10. Скорость и электромагнитный момент при прямом пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Примечания:

  1. Во избежание ошибок при запуске расчета модели необходимо открыть меню Simulation, выбрать ModelConfigurationParameters. В открывшемся окне в меню Diagnostics перейти к пункту Connectivity и установить значение Muxblocksusedtocreatebussignals: error, как показано на рис. 11.

Рис. 11. Окно параметров модели

  1. Паспортные данные двигателя приняты из работы [3].

Номинальные данные:

Номинальный режим работыS1;

Номинальная мощность

Номинальное фазное напряжение

Номинальный фазный ток

Номинальная частота

Номинальная синхронная скорость

Номинальная скорость ротора

Номинальный КПД

Номинальный коэффициент мощности

Число пар полюсов

Параметры Т-образной схемы замещения при номинальной частоте:

Активное сопротивление обмотки статора

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора

Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к статору

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное статору

Главное индуктивное сопротивление

Индуктивность рассеяния обмотки статора

Индуктивность рассеяния обмотки ротора

Суммарный момент инерции двигателя и механизма

Литература:

  1. Герман-ГалкинС.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.
  2. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2007. – 320 с.
  3. Шрейнер Р. Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления: учеб. пособие / Р. Т. Шрейнер, А. В. Костылев, В. К. Кривовяз, С. И. Шилин. Под ред. проф. д. т. н. Р. Т. Шрейнера. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. – 361 с.
  4. Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Авдеев А. С., Габзалилов Э. Ф., Аюпов В. И., Федоров А. П., Прокопьев К. В., Ситенков А. А., Бурхацкий В. В. Математическая модель асинхронного двигателя с переменными ΨR - IS в системе абсолютных единиц на основе интегрирующих звеньев // Молодой ученый. — 2016. — №11. — С. 85-101.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle