Розрахунок параметрів системи керування

Лабораторна робота №1

ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМИ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛІННЯ

ЧАСТОТНО-РЕГУЛЬОВАНИМ АСИНХРОННИМ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ

Мета: полягає в розрахунку параметрів і моделюванні двоканальної системи векторного управління АД при його живленні від перетворювача частоти засобами програмного пакету Matlab.

Завдання

Вивчити принцип роботи перетворювача частоти (ПЧ) – автономного інвертора напруги з широко-імпульсною модуляцією.

Розрахувати параметри асинхронного двигуна (АД).

Ознайомитися із структурною схемою системи векторного управління АД і накреслити її.

Розрахувати параметри всіх регуляторів.

Ввести в ЕОМ розроблену систему електроприводу і досліджувати перехідні процеси в різних режимах роботи.

Провести обробку отриманих графіків перехідних процесів і дати їх аналіз.

Зробити виcновки.

Початкові дані

Початкові дані для виконання лабораторної роботи приведені в табл.1. Вони узяті з [1] [2].

При цьому слід врахувати, що напруга перетворювача частоти рівна 380В.

Дані/варіант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
Тип двигуна з ПВ25%	011-6	012-6	111-6	112-6	211-6	311-6	312-6	311-8	312-8	411-6	412-6	411-8	412-8
Потужність, Р, кВт	1.7	2.7	4.1	5.8	9.0	13.0	17.5	9.0	13.0	27.0	36.0	18.0	26.0
Номінальна напруга, , В	380
Номінальний струм,	5.8	8.2	10.9	15.5	23.3	32.3	40.5	24	31.8	64	81.0	45.0	66.0
Cтрум холостого хода,	4.17	5.30	7.30	9.60	11.65	19.30	29.30	16.40	27.70	31.30	42.10	25.40	43.30
	0.166	0.14	0.125	0.105	0.085	0.092	0.085	0.114	0.088	0.077	0.069	0.083	0.080
Номінальна швидкість , об/хв	835	835	850	870	840	895	915	670	690	915	920	680	690
cosφ	0.61	0.60	0.71	0.65	0.69	0.69	0.71	0.62	0.63	0.73	0.82	0.77	0.75
ККД , η, %	61.0	65.0	73.0	74.0	78.0	77.5	81.0	73.5	76.0	82.5	82.5	78.5	80.0
Маховий момент, , кг	0.08	0.11	0.18	0.26	0.44	0.85	1.2	1.1	1.55	1.9	2.55	2.15	3.00
Активний опір статора, Ом	5.78	3.63	2.1	1.26	0.755	0.48	0.23	0.80	0.45	0.197	0.124	0.327	0.182
Реактивний опір розсієння статора , Ом	3.6	2.51	1.93	1.26	1.05	0.645	0.334	0.843	0.53	0.287	0.197	0.53	0.313
Активний опір ротора, Ом	7.45	5.38	3.26	2.19	1.62	0.8	0.477	1.01	0.64	0.327	0.236	0.503	0.325
Реактивний опір розсієння ротора , Ом	3.17	2.32	2.76	2.06	1.02	0.555	0.356	0.645	0.42	0.348	0.251	0.409	0.278

Дані/варіант

Тип двигуна з ПВ25%

Потужність, Р, кВт

Номінальна напруга,

, В

380

Номінальний струм,

98.8

33.3

111,5

10,6

33,3

172,5

143

Cтрум холостого хода,

0.045

0.07

0.065

0,06

0,11

0,065

0,07

Номінальна швидкість

, об/хв

580

940

700

725

710

700

970

980

cosφ

0.82

0.79

0.69

0,81

0,77

0,81

0,9

0,86

ККД , η, %

76.4

77.3

75.6

92,6

Маховий момент,

, кг

3.4

0.41

1.1

0,19

0,89

Активний опір статора,

Ом

0.0536

0.676

0.278

0,05

1,22

0,278

0,0314

0,0382

Реактивний опір розсієння статора

, Ом

0.423

2.21

1.2

0,325

3,9

1,2

0,113

0,2155

Активний опір ротора,

Ом

0.0764

0.8877

0.4635

0,066

1,3

0,4635

0,04

0,0233

Реактивний опір розсієння ротора

, Ом

0.42

2.236

1.22

0,382

3,877

1,22

0,112

0,215

Розрахунок системи ПЧ-АД

Розрахунок параметрів асинхронного двигуна

Номінальна фазна напруга при з’єднанні обмотки в

Ø «зірку»:

(2.1)

де U_н – номінальна (лінійна) напруга двигуна;

Ø «трикутник»:

(2.1*)

Номінальна кутова швидкість:

(2.2)

де n_н – номінальна швидкість обертання двигуна.

Кутова частота напруги живлення статора:

(2.3)

де f – частота напруги живлення.

Синхронна швидкість обертання вала двигуна:

(2.4)

де Z_р – кількість пар полюсів.

Синхронна кутова швидкість:

(2.5)

Індуктивність від магнітного поля розсіювання статора:

(2.6)

де Х_sl – індуктивний опір обмотки статора.

Індуктивність від магнітного поля розсіювання ротора:

(2.7)

де – приведений індуктивний опір обмотки ротора.

Індуктивність від основного магнітного потоку:

(2.8)

де Х_m – індуктивний опір кола намагнічування:

(2.9)

де І₀ – струм холостого ходу двигуна;

сosj₀ – коефіцієнт потужності двигуна в режимі холостого ходу.

Індуктивність обмотки статора L_s і ротора L_r відповідно:

(2.10)

Результуюча індуктивність:

(2.11)

де k_r – коефіцієнт зв’язку ротора:

(2.12)

Постійна стала часу статора двигуна:

(2.13)

де

(2.14)

де R_s – активний опір обмотки статора;

– приведений активний опір обмотки ротора.

Постійна стала часу ротора двигуна:

(2.15)

Потокозчеплення статора Y_s0 і ротора Y_r0 відповідно:

(2.16)

(2.17)

де k_s – коефіцієнт зв’язку статора:

(2.18)

Номінальний момент двигуна:

(2.19)

де Р_н – номінальна потужність.

Приведений момент інерції електропривода:

(2.20)

де q – коефіцієнт моменту інерції механізму;

J – момент інерції двигуна:

(2.21)

Структурна схема асинхронного двигуна показана на рис. 2.1.

Для виключення можливості ділення на нуль в початковій фазі моделювання, на вхід блоку ділення BD подається не потокозчеплення ротора Y_r0, а сигнал, рівний max(Y_r0,min), де min – деяке мале число, наприклад min = 10^-6.

На рис. 2.1 U_sd – напруга задання двигуна по каналу реактивного струму, U_sq – напруга задання двигуна по каналу активного струму, Uk_d – напруга перехресного зв’язку за каналом реактивного струму (для компенсації); Uk_q – напруга перехресного зв’язку за каналом активного струму (для компенсації).

Рисунок 2.1 – Структурна схема асинхронного двигуна, орієнтована

за потокозчепленням ротора

Розрахунок параметрів системи керування

Структурна схема системи ПЧ-АД при керування потокозчепленням ротора показана на рис. 2.2, на якому сигнал задання потокозчеплення ротора U_Yr0 = 10 В, напруга задання швидкості U_з = 10 В, М_с – момент статичного навантаження.

Рисунок 2.2 – Структурна схема системи ПЧ-АД при керуванні

потокозчепленням ротора

Перетворювач частоти

Перетворювач частоти з автономним інвертором напруги представимо у вигляді передавальної функції з аперіодичною ланкою першого порядку:

(2.22)

де k_пч – коефіцієнт підсилення перетворювача частоти:

(2.23)

де U_оп.max – амплітуда опорної синусоїдальної напруги (U_оп.max = 10 В);

Т_пч – стала часу перетворювача частоти:

(2.24)

де m_n – кратність пульсацій струму (для трифазної мостової схеми m_n = 6, для трифазної нульової схеми m_n = 3).

Коефіцієнт передачі зворотного зв’язку за напругою:

(2.25)

де U_з.н – напруга задання каналу напруги (U_з.н = 10 В).

В колі зворотного зв’язку за напругою використаємо фільтр першого порядку з передавальною функцією

(2.26)

де Т_фн – стала часу фільтра сенсора напруги:

(2.27)

де w_g – гранична частота смуги пропускання (приймаємо w_g = 500 c^–1).

Задавшись ємністю фільтра (наприклад, С_фн = 1 мкФ), визначають опір фільтра:

(2.28)

Контури струмів

Мала некомпенсована стала часу контуру струму в спрощеному вигляді можна представити як

(2.29)

де Т_фс – стала часу фільтра в колі зворотного зв’язку за струмом (можна прийняти Т_фс = Т_фн).

Якщо в якості сенсора струму використати шунт, то його коефіцієнт підсилення:

(2.30)

де U_ш.н – номінальна напруга шунта (для стандартних вимірювальних шунтів U_ш.н = 75 мВ);

І_ш.н – номінальний струм шунта (вибирається або з умови І_ш.н ³ lІ_фн, або з відношення І_ш.н ³ І_фн, де l – перевантажувальна здатність двигуна, І_фн – номінальний фазний струм: І_фн = І_н при з’єднанні обмотки в «зірку» і при з’єднанні обмотки в «трикутник», де І_н – номінальний (лінійний) струм двигуна).

Коефіцієнт підсилення сенсора струму:

(2.31)

За результатами розрахунку вибирається стандартний коефіцієнт підсилення сенсора струму k_п.сс на 133,3 або на 53,3 відповідно до умови вибору (2.31).

Коефіцієнт передачі зворотного зв’язку за струмом:

(2.32)

Три дійсних контури регулювання фазних струмів статора замінюються на структурній схемі двома еквівалентними фіктивними контурами активного і реактивного струмів з регуляторами РС1 і РС2.

Настройка на модульний оптимум внутрішніх контурів струму забезпечується ПІ-регуляторами з передавальною функцією:

(2.33)

де k_рс – коефіцієнт підсилення регулятора струму:

(2.34)

Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 122; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!