1.2.4.3Структура асинхронного двигателя в абсолютных единицах
Перепишем систему уравнений (1.61) в абсолютных единицах без особых пояснений. Для полученной системы уравнений (1.62) структура модели не меняется, меняются параметры двигателя, переписанные в абсолютных единицах (рисунок 1.76).
Таблица 1.5 – Параметры схемы замещения двигателя RA112M4 в абсолютных единицах
Параметр |
RR |
kR |
R |
L’s |
TR |
T’s |
1/J |
Значение |
0,9289 |
0,9718 |
1,378 |
0,01163 |
0,225 |
0,008438 |
50 |
Рисунок 1.76 – Структура модели асинхронного двигателя в абсолютных единицах (Fig1_76)
Необходимые параметры двигателя RA112M4 в абсолютных единицах рассчитываются в файле Fig1_51. Для этого вводим справочные данные двигателя из таблицы 1.2, запускаем моделирование и сводим полученные расчетные параметры схемы замещения в таблицу 1.5.
Базовые параметры данного двигателя приведены в таблице 1.4. Номинальный момент двигателя – 26,71Нм.
(1.0)
Напомним введённые ранее обозначения:
,
,
,
,
,
.
Параметры двухфазного напряжения, подаваемого на эквивалентный двухфазный двигатель, показаны на рисунке 1.77.
Рассмотрим пуск и реверс двигателя при реактивном моменте нагрузки, равном номинальному значению. Для чего на вход TL модели двигателя подаётся сигнал от блока Step1 величиной 26,71Нм.
Время моделирования принято 0,5с, реверс при достижении времени 0,25с.
87
Рисунок 1.77 – Диалоговые окна ввода сетевых напряжений
Анализ двух расчётов: с модернизированной моделью SimPowerSystems (см. рисунок 1.68) и с разработанной по математическому описанию (см. рисунок 1.78) показывает их полное схождение, что позволяет утверждать о возможности использования разработанной модели в исследованиях электропривода переменного тока.
Рисунок 1.78 – Результаты работы разработанной модели асинхронного двигателя (моделирование пуска – реверса двигателя RA112M4 с реактивной нагрузкой номинального значения)
1.2.4.4О преобразователях координат
В п. 1.2.1.1.4 были рассмотрены теоретические основы построения преобразователей координат из неподвижной во вращающуюся систему и из вращающейся в неподвижную (см. файлы Fig2_46, Fig1_48).
При построении реальных систем электропривода переменного тока, как асинхронных, так и синхронных, практически всегда в систему управления включаются преобразователи координат (рисунок 1.79). Это обусловлено тем, что реализация регуляторов возможна лишь во вращающейся системе координат, а реальные токи в обмотках статора – это токи в неподвижной системе координат. Поэтому, как правило, современные электроприводы переменного тока содержат преобразователи обоих типов (рисунок 1.79).
Кроме того, структура электропривода переменного тока (рисунок 1.79) содержит преобразователи фаз 2/3 и 3/2 . Первые преобразовывают двухфазные параметры токов или напряжений в трёхфазные, а вторые преобразовывают трёхфазные токи и напряжения в двухфазные.
Рисунок 1.79 – Блок-схема электропривода переменного тока
В блоке регуляторов на основе задающего сигнала Uзад и сигналов из каналов обратной связи по переменным состояния вырабатываются сигналы управления во вращающейся системе координат, а также скорость вращения системы координат (ωк). Переключатель S находится в среднем положении и интегратор поворачивает координаты со скоростью ωк. Затем выходные сигналы регуляторов переводятся в систему неподвижных координат, которые управляют инвертором. Сигнал обратной связи по току статора, вырабатываемый в неподвижной системе координат, преобразуется во вращающуюся систему и только тогда он может быть подан на регуляторы.
Для примера рассмотрим результаты
моделирования привода переменного
тока, представленного в файле Fig1_76,
для трёх возможных состояний координат:
неподвижная
,
синхронная с частотой питающего
напряжения (
)
и вращающаяся вместе с электрической
частотой вращения ротора (
).
Результаты моделирования показаны на рисунках 1.80…1.82.
Так как электромагнитный момент двигателя является произведением выбранной пары векторов (см. выражения (1.35)), а произведение определяется значениями их модулей и углом между векторами, то момент не зависит от того, в какой системе координат векторы представлены [2, 3].
Рисунок 1.80 – Неподвижная система координат
Данное положение подтверждается результатами моделирования в различных системах координат, представленными на рисунках 1.80…1.82.
Момент двигателя и частота вращения ротора на указанных рисунках имеют одинаковый вид, совпадают по качественным и количественным признакам, так как моделирование выполнено для двигателя RA112M4, работающего с реактивной нагрузкой номинального значения.
Доступные для измерения такие переменные параметры двигателя, как ток обмотки статора и потокосцепление ротора имеют различные представления в выбранных системах координат, что наглядно видно на рисунках 1.80…1.82.
В заключение следует отметить, что заявленные возможности моделирования асинхронной машины в SimPowerSystems в различных системах координат на практике не нашли подтверждения. Данное ограничение может оказаться серьёзным тормозом на пути реализации моделей приводов по структуре, показанной на рисунке 1.79.
Рисунок 1.81 – Синхронная система координат ( ), координаты вращаются с частотой напряжения на двигателе
Рисунок 1.82 – Координаты вращаются с электрической частотой вращения ротора ( )