Курсач (ТЭП, 8 сем, Поехавший, ЭЛ-100-500)

В соответствии с приведёнными уравнениями составлена структурная схема

асинхронного двигателя:

U1x

ω0эл

U1y

ωэл

		R		L	2
			1
	L L				L	2
			2			12
	1

1	Ψ
	1x
p

	R L
		1	12
L L			2
		2	L
1			12

R L			2
	1
L L			2
	2		L
1			12

1	Ψ	1y
p

	R L
		1	12
L L			2
		2	L
1			12

		R	2	' L	1
	L L				L	2
			2			12
	1

1	Ψ
	2x
p

R		' L
	2	12
L L		2
		L
1	2	12

		R	2	' L	1
	L L				L	2
			2			12
	1

1	Ψ	2y
p

R		' L
	2	12
		2
L L L
1	2	12

p	п
p

Ψ
	1y
		Ψ	1x	p L	М
				п 12
					2
Ψ			L L L
			1	2	12
	2x
		Ψ
		2y

Рисунок 5.2 Структурная схема обобщённой машины

30

По этой схеме был смоделирован пуск двигателя на холостом ходу:

Рисунок 5.3 Пуск обобщённой машины

31

Рисунок 5.4 Механическая характеристика (обобщённая машина)

Также были сняты графики тока:

Рисунок 5.5 Токи обобщённой машины

В установившемся режиме можно наблюдать ток . Это ток

намагничивания. Он проецируется на ось y, так как является реактивным. Величина

200А в двуфазной модели является амплитудной и соответствует действующему

значению					тока фазы реальной трехфазной машины, что составляет
		√
				от номинального и согласуется с теорией.

Вывод: результаты показывают, что пуск двигателя происходит по сложной траектории, все величины, характеризующие его, носят колебательный во времени характер. Полученные графики наиболее приближенны к реальным, хотя обобщенная машина также имеет некоторые допущения – отсутствие насыщения, эффектов

32

вытеснения тока, неучёт погрешности изготовления деталей и т.д. Однако все эти допущения вполне приемлемы для расчётов с инженерной точностью.

6 Выбор силового преобразователя

Для управления асинхронным двигателем необходимо выбрать частотный

преобразователь. Выбираем преобразователь Универсал (160 кВт). Характеристики:

Напряжение питания: 220/380 В

Номинальная мощность: 160 кВт Диапазон частот: 0,5 - 512 Гц Номинальный выходной ток: 325 А

Из характеристик видно, что данный преобразователь подходит для управления

выбранным двигателем, т.к. .

Uvd	Uvt

Uvd	Uvt

Выпрямитель

Инвертор

Рисунок 6.1 Состав силового преобразователя

Преобразователь вносит дополнительное сопротивление в цепь статора двигателя, которое влияет на вид механических характеристик. Это сопротивление необходимо рассчитать. Расчёт делается исходя из падения напряжения, которое создаст эквивалентное сопротивление в номинальном режиме. Падение напряжения равно падениям на двух ключах инвертора и двух диодах выпрямителя:

Суммарное сопротивление цепи статора:

33

Как видно, сопротивление цепи статора увеличилось более чем на 200%, что повлияет на механическую характеристику двигателя.

6.1 Линейный закон регулирования

Регулирование частоты должно производиться по определённому закону U=F(f).

При выполнении обычного линейного соотношения		, получается следующее

семейство характеристик.

Семейство характеристик (U/f = const)

ω, 1/с

120

100

80

60

40

20

0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

М, Нм

Как видно, при стандартном линейном законе регулирования критический момент на характеристиках резко падает. Причина заключается в том, что меняется величина падения напряжения на активном сопротивлении из-за изменения реактивного сопротивления со снижением частоты. Это падение необходимо компенсировать.

34

6.2 Нелинейный закон регулирования

Для того, чтобы сформировать правильный закон регулирования частоты, нужно предварительно построить семейство характеристик для разных частот в соответствии со следующими уравнениями:

	(			√				)
	(		√		)

{

Критический момент нужно поддерживать постоянным. При этом необходимо учитывать зависимость индуктивных сопротивлений от частоты.

√	( √		)

	50	40	30	20	10
	220	181	142	103	64
	0,04068	0,0325	0,0244	0,0162	0,0081
	0,06638	0,0531	0,0398	0,0265	0,0132
	5150	5150	5150	5150	5150
	0.05	0.06	0.08	0.10	0.13

35

Законы регулирования

U, В

250

200

150

Нелинейный

100

Линейный

50

0

0

20

40

60

f, Гц

Семейство характеристик

ω, 1/с

120

100

80

60

40

20

0

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

М, Нм

Таким образом, новый закон позволяет сохранять величину критического момента при любой частоте. Однако для большинства современных преобразователей

IR-компенсация является встроенной функцией.

36

6.3 Погрешность регулирования

Необходимо отработать заданные скорости не превышая определённой погрешности, предположим .

Данные, необходимые для оценки погрешности регулирования:

Жесткость естественной механической характеристики:

| |

Рабочие частоты:

(			)			(			)
(				)		(				)

Для определения диапазона регулирования нужно найти средние скорости на обоих механических характеристиках.

37

Диапазон регулирования скорости:

Погрешность регулирования:

Погрешность получилась гораздо меньше заданной, что является очень хорошим результатом. Причина в том, что диапазон регулирования скорости весьма невелик

(всего 5 1/с), а жёсткость велика.

7 Переходный процесс в разомкнутой системе

Для оценки качества работы системы необходимо получить переходной процесс.

Для этого входным воздействием выберем скорость, изменяющуюся в соответствии с тахограммой:

ω

пш

ω

c

Mдв

1

с

M

12

М

T

э

p 1

J

дв

p

ω

дв

p

M

12

ωдв

ω1 ω2

t	1	t’	1	t3	t4	t’	t	6
						6

Рисунок 7.1 Структурная схема и тахограмма

	1
J '	пш	p	ω	пш

M`пш

t

В линеаризованной модели двигателя:

38

Еще раз продублируем скорости и моменты диаграммы:

1)Разгон до скорости 95 1/с за 4 секунды под действием момента 1620 Нм

2)Работа на скорости 95 1/с с моментом 1400 Нм

3)Замедление до 81 1/с за 1 секунду под действием момента 1050 Нм

4)Работа на скорости 81 1/с с моментом 1500 Нм

5)Торможение под действием момента сопротилвения планшайбы 1250 Нм.

Результаты моделирования:

Рисунок 7.2 Работа двигателя по нагрузочной диаграмме

39