Исследование механических характеристик двигателя

Исследование асинхронного электродвигателя с фазным ротором

Цель работы

Исследование механических и рабочих характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором.

Методические указания

Изучите рекомендации по исследованию моделей электротехнических устройств в MatLab

Содержание работы

Исследование естественных механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при питании от источника с неизменным напряжением и частотой.

Исследование искусственных механических характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при включении дополнительного сопротивления в цепь ротора.

Исследование рабочих характеристик асинхронного электродвигателя с фазным ротором при включении дополнительного сопротивления в цепь ротора.

 

Описание модели

Откройте окно MatLab, нажмите File/ Open, откройте папку work/11 ML, найдите и откройте файл psb_11 ml.

Модель для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором (рис. 11.1) содержит следующие блоки из библиотек Simulink и SimPowerSystem:

· трехфазный источник синусоидального напряжения 3- phase Sourse из SimPowerSystem/Electrical Sources;

· асинхронная машина Asynchronous Machineиз SimPowerSystem/ Machines;

· блоки дополнительных резисторов, включенных в цепь фазных обмоток ротора 3-Phase R и 3-Phase R_1 и трехфазный выключатель 3-Phase Breaker из SimPowerSystem/ Extra Library/3-Phase Library;

· шины для соединения 3 входящих линий Bus Bar3 и Bus Bar3_1 из SimPowerSystem/Connectors

· источники постоянного воздействия Constant и линейно изменяющегося воздействияRamp из Simulink/Sources;

· блок измерения мгновенного значения фазного напряжения U_Sf  источникаиз SimPowerSystem/Measurements/Voltage Measurement;

· блок измерения мгновенного значения фазного тока I_Sf  источникаиз SimPowerSystem/Measurements/Current Measurement;

· блок измерения амплитудных значений напряжения и тока и средних значений активной и реактивной мощностей Discrete Active & Reactive Power из SimPowerSystem/ Extra Library/Discrete Measurements;

· блоки для наблюдения действующих значений фазного напряжения и тока двигателя, активной и реактивной мощности Scope1, угловой скорости двигателя и электромагнитного момента Scope и графопостроитель XY Graf из Simulink/Sinks;

· блоки для регистрации результатов моделирования w, Te, Uf / If, P/ Q из Simulink/Sinks/Display.

Рис.11.1. Схема модели для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором

Подготовка модели к выполнению исследований

Объект исследования – асинхронный двигатель с фазным ротором. Тип двигателя и его каталожные данные для разных вариантов приведены табл.11.1.

Для заданного Вам варианта рассчитайте номинальный ток двигателя I _n= P_n /(sqrt (3)* U_n* η_n* cosfi), номинальную угловую скорость двигателя w _n= n_n * π/30),  номинальный электромагнитный момент на валу двигателя T_en=P_n/ w_n и номинальный момент сопротивления движению T_mn= T_en* sqrt( eff). Результаты расчета поместите в раздел «Результаты расчета» табл.11.1.

Таблица 11.1. Каталожные данные исследуемых двигателей

и результаты расчета параметров их моделей в MatLab

N, вариант	1	2	3	4	5	6	7
Тип двигателя	4АК200 М4	4АК200 L4	4АК200 М6	4АК200 L6	4АК200 М8	4АК200 L8	4АК225 М4
Каталожные данные
Pn, Вт	22000	30000	18500	22000	15000	18500	37000
Un, В	380	380	380	380	380	380	380
fn, Гц	50	50	50	50	50	50	50
sn, о.е.	0.025	0.025	0.035	0.035	0.035	0.035	0.035
eff,  о.е.	0.900	0.905	0.880	0.880	0.860	0.860	0.900
cosfi, о.е.	0.87	0.87	0.81	0.80	0.70	0.73	0.87
kip, о.е.	6	6	6	6	6	6	6
kmmax	4.0	4.0	3.5	3.5	3.0	3.0	3.0
Результаты расчета
Rs , Ом	0.2778	0.1877	0.3282	0.2690	0.3793	0.3347	0.13 8 3
Ls, Гн	0.668e-3	0.493e-3	0.72e-3	0.598e-3	0.746e-3	0.631e-3	0.397e-3
Rr, Ом	0.1047	0.0777	0.1460	0.1198	0.1284	0.1133	0.0881
Lr, Гн	0.668e-3	0.493e-3	0.72e-3	0.598e-3	0.746e-3	0.631e-3	0.397e-3
Lm, Гн	32.69e-3	24.1e-3	29.6e-3	24.1e-3	25.16e-3	22.26e-3	19.4 4 e-3
J, (кг*м^2)	0.57	0.69	0.67	0.67	1.27	1.27	0.77
Ff, N m s	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03	0.03
p	2	2	3	3	4	4	2
In, A	42.69	57.89	39.43	47.48	37.86	44.77	71 . 8
w, рад/с	153.15	153.15	101.05	101.05	75.79	75.79	151 .58
Te.n, Н*м	143.65	195.88	183.07	217.7	197.91	244.09	244 .09
Tm.n , Н*м	136.28	186.35	171.73	204.22	183.54	226.36	231 .57

 

Параметры модели других двигателей могут быть рассчитаны по ниже приведенной программе [3]:

%Справочные данные- тип двигателя 4AK225M4

Pn=37000; Un=380; fn=50; sn=0.035; eff=0.9; cosfi=0.87; kip=6; kmmax=3; p=2; J=0.77;

%Параметры модели двигателя

Uf=Un/sqrt(3); no=60*fn/p; n=no*(1-sn); In=Pn/(3*Uf*eff*cosfi); w=pi*n/30; Ten=Pn/w; Tmn= Ten*sqrt(eff); sk=(kmmax+sqrt(kmmax^2-1))*sn;

for c=1.01:0.002:1.03;

Rr=1.015*Pn*sn/(3*In^2*(1-sn));

Rs=(Uf*cosfi*(1-eff)/In)-c^2*Rr-(0.015*Pn/(3*In^2));

L=Uf/(4*pi*fn*(1+c^2)*kip*In);

Ls=Uf/(2*pi*fn*In*sqrt(1-cosfi^2)-4*pi*fn*kmmax*Ten*sn/(3*p*Uf*sk));

Lm=Ls-L;c1=1+L/Lm;format short;

[Rs 1000*L Rr 1000*Lm c;

In      w      Ten Tmn       c1]

Для расчета необходимо скопировать программу из папки MatLab/work/11ml/model_parameters.m в окно команд MatLab, ввести в программу вместо данных примера каталожные данные заданного Вам двигателя, дописать после скорректированной программы слово end , выбрать из результатов расчета строку, в которой значения с = с1 и выписать соответствующие этой строке значения параметров модели двигателя.

Откройте таблицу параметров модели источника питания 3- Phase Sourse иустановите:

· действующее значение линейного напряжения (B) 380;

· начальная фаза напряжения в фазе А (град)  0

· частота источника (Гц)]    50

· соединение фаз источника - Y g - звезда с заземленным нулевым проводом,

· активное сопротивление источника (Ом) 0.1, индуктивность 0.

Откройте таблицу параметров Asynchronous Machine и введите рассчитанные параметры модели заданного Вам двигателя (табл. 11.1):

· тип ротора Wound [фазный];

· система координат Stationary - неподвижная относительно статора.

· номинальная мощность Pn (ВА), действующее линейное напряжение Un (В) и номинальная частота fn (Гц) [ P_n, U_n, f_n];

· сопротивление Rs (Ом) и индуктивность Ls (Гн) статора [Rs, Ls];

· сопротивление Rr (Ом) и индуктивность Lr (Гн) ротора [R r, L r];

· взаимная индуктивность статора и ротора (Гн) [L m];

· момент инерции J (кг*м^2), коэффициент трения Ff (Н*м*с) и число пар полюсов p [J, F f, p]

Откройте таблицу параметров блока Discrete Active & Reactive Power иустановите Fundamental Frequency (основную частоту)  50.

Исследование механических характеристик двигателя

Механической характеристикой асинхронного электродвигателя называют зависимости угловой скорости ω от электромагнитного момента на валу двигателя T_e при неизменных значениях напряжения источника питания и частоты.

Естественной механической характеристикой асинхронного электродвигателя с фазным ротором называют механическую характеристику, снятую при отключенном добавочном сопротивлении в цепи ротора.

Механическая характеристика может быть построена графопостроителем XY Graf или построена по показаниям дисплеев w и T_e или осциллоскопу Scope.

Откройте таблицу параметров 3- Phase R  и установите сопротивление R=0.001, индуктивность L=0, емкость С=inf.

Откройте таблицу параметров 3- Phase R_1  и установите сопротивление R=0.001, индуктивность L=0, емкость С=inf.

Откройте таблицу параметров 3- Phase Breaker  и установите исходное состояние open (выключен)и время задержки до включения 10.

Откройте таблицу параметров источника линейно изменяющегося воздействия Ramp, иустановите:

· скорость изменения выходного сигнала (плита)      2*T_{m n},

· время начала формирования сигнала                         1 

· начальный уровень сигнала на выходе блока            0.

                             а)                                                                         б)

Рис.11.2. Результаты моделирования естественной механической характеристики

Откройте Simulation/ Simulation parameter, задайте время моделирования 4, способ моделирования - с переменным шагом и метод расчета – ode 15 s , запустите моделирование ► и наблюдайте за текущим временем моделирования и экраном графопостроителя (рис.11.2,а).

Восходящая ветвь характеристики показывает процесс разгона двигателя. После пуска двигатель переходит в режим холостого хода и работает в этом режиме до t = 1 s. При 0.5< t<1  кнопкой ║ приостановите моделирование и запишите в табл.10.2 показания дисплеев T_e и w для режима холостого хода двигателя T_m =0.

Кнопкой ► возобновите моделирование. При t > 1 s происходит плавное увеличение момента сопротивления движению T_m , соответствующее увеличение электромагнитного момента T_е  и уменьшение угловой скорости   w.

При T_е = T_{е n} кнопкой ║ вновь приостановите моделирование и запишите показания дисплеев для режима номинальной нагрузки

Аналогично возобновляйте, останавливайте моделирование и записывайте показания дисплеев при времени t=1.5, t=2, t=2.5, t=3, t=3.5, t=4, при времени когда момент достигает максимума T_{е m} и когда момент уменьшится до пускового T_{е p} (скорость вращения уменьшится до нуля).

  Таблица 11.2. Естественная механическая характеристика двигателя

t, s	0.5<t<1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
Te, Nm
ω, rad/s

После завершения моделирования откройте осциллоскоп Scope, включите Автомасштаб и перерисуйте осциллограммы на бланк (рис.11.2,а и 11.2,б). Определите по осциллограммам зависимость T_е  и w от времени, определитемаксимальное значение электромагнитного момента T_{е m}  и критическую скорость w_кр , определитепусковой момент T_{е p} при ω=0  и сравните их с данными табл.11.2.

Искусственной механической характеристикой асинхронного электродвигателя с фазным ротором называют механическую характеристику, снятую при включенном добавочном сопротивлении в цепи ротора. Это сопротивление выбирают по критериям ограничения пускового тока, увеличения пускового момента или регулирования скорости вращения двигателя.

Откройте таблицу параметров 3- Phase R_1  и, наблюдая за показаниями дисплея I_Sf, экспериментально определите добавочное сопротивление в цепи ротора, обеспечивающее ограничение пускового тока до 2* In.

Повторите моделирование, перерисуйте на бланк графики зависимостей угловой скорости от электромагнитного момента при выбранном дополнительном сопротивлении в цепи ротора (рис. 11.3,а и 11.3,б), заполните табл. 11.3 и постройте искусственную механическую характеристику двигателя.

                                     а)                                                        б)

Рис.11.3. Результаты моделирования искусственной механической характеристики

Таблица 11.3.Искусственная механическая характеристика двигателя (R=2)

t, s	0.5<t<1	1.5	2	2.5	3	3.5	4
Te, Nm
ω, rad/s

Если по условиям регулирования скорости необходимо регулирующее сопротивление сделать меньше пускового, то часть пускового сопротивления, введенная в 3- Phase R_1,  после пуска может быть выведена нормально разомкнутым выключателем 3- Phase Breaker. Дляпроверки правильности выбора величины дополнительных сопротивлений в цепи ротора необходимо блоком Constant задать постоянный момент сопротивления движению и провести моделирование (рис. 11.4,а и 11.4,б).

                       

 

 

             

 

 

 

     a)                                                           б)

Рис.11.3. Результаты моделирования двухступенчатой искусственной механической характеристики

Если по условиям регулирования скорости необходимо регулирующее сопротивление сделать больше пускового, то все пусковое сопротивление вводится в 3- Phase R, адополнительное регулирующее сопротивление вводится в 3- Phase R_1 и после пуска может быть введено в цепь ротора нормально замкнутым выключателем 3- Phase Breaker .

---

Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 227; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!