Исследование динамических режимов работы ЭП

Математическая модель привода.Для определения характера прохождения переходных процессов системы в переходных режимах необходимо определить коэффициенты характеристического уравнения системы в операторной форме:

, (2.6.27)

где Т_М – механическая постоянная времени системы; Т_Э – электромагнитная постоянная времени. Определить постоянные времени можно с помощью следующих выражений:

(с), (2.6.28)

(с), (2.6.29)

где (рад/с).

(с), ,

а это значит, что переходные процессы в системе должны иметь колебательный характер.

Выбор модели и моделирование переходных процессов.Для моделирования ЭП используется система MatLab (матрич­ная лаборатория) с расширением (Toolboxes). Основными пакетами расширения, используемыми для исследовании ЭП, являются Simulink и Power System Blockset.

В исследуемую модель (рис. 2.19) вошли такие элементы:

- Asynchronous Machine SI Unit – модель асинхронного двигателя с номинальными паспортными данными двигателя 5А – 5АМ315M4У3 (задание параметров рис. 2.18);

- 3 источника синусоидального напряжения AC Voltage Sourse с номинальными параметрами: f=50 Гц, U_m=311 В; сдвинутые по фазе друг относительно друга на 120⁰;

- Three-Phase V-I Measurement – трехфазный мультиметр для замеров сетевого тока и напряжения;

- 2 элемента типа Scope – модели осциллографов для просмотра графиков сетевых тока и напряжения, а также изменения во времени частоты вращения ротора двигателя и момента на его валу;

- 2 элемента типа Display для контроля установившегося значения тех же параметров;

- Step – элемент, с помощью которого, возможно смоделировать наброс нагрузки на вал двигателя в определенный момент времени.

Рис. 2.18. Блок задания параметров асинхронного двигателя

Рис. 2.19. Модель системы ПЧ-АД для программного пакета MatLab

Моделируем пуск двигателя без нагрузки при трех различных частотах питающего напряжения f₁=50 Гц, f₂=37,5 Гц, f₃=25 Гц, используя закон частотного регулирования .

При f=50 Гц и U_л=380 В; при f=37,5 Гц и U_л=329 В; при f=25 Гц и U_л=269 В. При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении U_л=380 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и M_в=f(t) (Нм).

а

б

Рис. 2.20. Графики при частоте питательной сети f = 50 Гц:

а – ω = f(t); б – M_в = f(t)

После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения: ω =157,1 рад/с; I₁=60 А; M_в=27,2 Нм. При частоте сети f=37,5 Гц и линейном напряжении U_л=329 В получаем следующие графики переходных процессов ω = f(t) (рад/с) и Mв = f(t) (Нм).

а

б

Рис. 2.21. Графики при частоте питательной сети f = 37,5 Гц: а) ω = f(t); б) M_в = f(t)

После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения: ω =117,8 рад/с; I₁=120 А; M_в=7,665 Нм при частоте питающей сети f=25 Гц и линейном напряжении U_л=269 В получаем следующие графики переходных процессов ω=f(t) (рад/с) и M_в=f(t) (Нм).

После окончания переходного процесса получаем такие установив шиеся значения: ω =52,36 рад/с; I₁=10,29 А; M_в=0,036 Нм.

а

б

Рис. 2.22. Графики при частоте сети f=37,5 Гц и f=25 Гц:

а – ω=f(t); б – M_в=f(t)

При частоте питающей сети f=50 Гц и линейном напряжении U_л=380 В смоделируем переход системы из одного установившегося состояния (Мв = Мн = 73 Н·м, ω = ωн = 101,7 рад/с, I1 = I1н = 15,65 А) в другое после наброса нагрузки на вал двигателя (Мс.доп.= 0,3Мн = 22 Нм).

Рис. 2.23. Наброс нагрузки Мс.доп.=0,3М_н

После окончания переходного процесса получаем такие установившиеся значения: ω =99,7 рад/с; I₁=20,06 А; M_в=95,5 Н·м.

Для более детального изучения переходного процесса на рис. 2.24. приведена увеличенная часть графиков ω=f(t) (рад/с) и Mв=f(t) (Нм), охватывающая только момент замедления двигателя после наброса дополнительной нагрузки.

Рис. 2.24. Наброс нагрузки М_с.доп.=0,3Мн (фрагмент)