Моделирование частотного пуска трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение 
высшего профессионального образования 
Новосибирский Государственный Технический Университет 
Факультет Мехатроники и Автоматизации 
Кафедра Электропривода и Автоматизации Промышленных Установок

 

 

 

 

 

 

 

Моделирование частотного пуска трехфазного асинхронного двигателя  
с короткозамкнутым ротором 
(Расчетно-графическая работа)

 

 

 

 

Выполнил

Студент гр. ЭМ-93 _____________«____» __________ 2012 г.   И. Ю. Курнаев

 

Проверил

К.т.н., доцент           _____________«____» __________2012 г.  М. В. Глазырин

 

 

 

Новосибирск, 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

1 ЗАДАНИЕ КАФЕДРЫ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РГР 3

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 4

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ 5

4 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ  БЕЗ УЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ 7

5 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ДВУХФАЗНОЙ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ  В СИСТЕМЕ КООРДИНАТ, ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПО ВЕКТОРУ  НАПРЯЖЕНЯ СТАТОРА 11

5.1 Модель двигателя в режиме холостого хода 14

5.2 Пуск со статическим моментом  16

5.3 Нагружение двигателя в установившемся режиме  17

6 ДВУХФАЗНАЯ МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ КООРДИНАТ, НЕПОДВИЖНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО СТАТОРА 19

6.1 Модель двигателя в режиме холостого хода 22

6.2 Пуск со статическим моментом  23

6.3 Нагружение двигателя в установившемся режиме  25

7 ВЫВОД 27

 

1 ЗАДАНИЕ  КАФЕДРЫ НА ВЫПОЛНЕНИЕ РГР

Рассчитать  графики переходных процессов по скорости (ω), электромагнитному моменту (M_e), току (i_ф) и напряжению (u_ф) (для одной из фаз) при пропорциональном увеличении амплитуды и частоты (f) напряжений статора от нуля до номинальных значений в течении одной секунды (по линейному закону). Требуется рассчитать переходные процессы пуска двигателя: при моменте сопротивления нагрузки (М_с) равном нулю и М_с = 0,5М_н; при ступенчатом увеличении М_с до номинального значения для двигателя, работающего на холостом ходу.

1. Составить структурную схему упрощенной модели двигателя, не учитывающую электромагнитные процессы. Произвести расчёт графиков переходных процессов по скорости и моменту. Сравнить их с графиками f(t) и M_c(t).
2. Составить структурную схему двухфазной модели двигателя в системе координат, ориентированной по вектору напряжения статора. Произвести расчет всех указанных выше переходных процессов.
3. Составить структурную схему двухфазной модели двигателя в системе координат, неподвижной относительно статора. Произвести расчёт всех указанных выше переходных процессов.

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Номинальная мощность, кВт	P2н = 4
Число пар полюсов	Рп = 2
Номинальный КПД	ηн = 0,840
Номинальный коэффициент мощности
Критическое скольжение	sк = 0,315
Номинальное скольжение, %	sн = 4,6
Суммарный момент инерции, кг·м2	J∑ = 0,012
Кратность критического момента	mk = 2,4

 

Параметры схемы  замещения фазы двигателя (приведены в относи-тельных единицах):

Xʹ_m = 2,4;

Rʹ₁ = 0,067;

Rʹʹ₂ = 0,053;

Xʹ₁ =  0,079;

Xʹʹ₂ = 0,14.

 

3 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ  СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

Рисунок 1 —  Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

Рассчитаем  параметры схемы замещения:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

;

;

;

;

;

;

;

;

 

4 МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ 
БЕЗ УЧЕТА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПРОЦЕССОВ

Система уравнений:

Полученная  структурная схемы изображена на рисунке.

 

Рисунок 2 —  Структурная схема АД

  
АД при установившемся значении частоты

Рисунок 3 —  Переходный процесс для электромагнитного момента в режиме холостого хода

 

Рисунок 4 —  Переходный процесс для частоты вращения двигателя в режиме холостого хода

Рисунок 5 —  Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

 

Рисунок 6 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

Рисунок 7 —  Переходный процесс для электромагнитного момента при 
нагружении АД в установившемся режиме

 

Рисунок 8 —  Переходный процесс для частоты вращения двигателя при 
нагружении АД в установившемся режиме

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 СТРУКТУРНАЯ  СХЕМА ДВУХФАЗНОЙ МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЯ 
В СИСТЕМЕ КООРДИНАТ, ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПО ВЕКТОРУ  
НАПРЯЖЕНЯ СТАТОРА

Система уравнений:

По полученным уравнениям составим структурную схему:

Рисунок 9 — Структурная схема источника  питания

Рисунок 10 —  Структурная схема блока s_d

 

Рисунок 11 —  Структурная схема блока s_q

Рисунок 12 —  Структурная схема блока r_d

Рисунок 13 —  Структурная схема блока r_q

Рисунок 14 — Структурная схема АД

Рисунок 15 —  Напряжение питающей сети

Рисунок 16 —  Угловая частота питающей сети

5.1 Модель двигателя  в режиме холостого хода

Рисунок 17 — Переходный процесс для фазного тока АД 
в режиме холостого хода

Рисунок 18 — Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
в режиме холостого хода

Рисунок 19 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя в режиме холостого  хода

5.2 Пуск со статическим моментом

Рисунок 20 — Переходный процесс для фазного тока АД 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

Рисунок 21 —  Переходный процесс для электромагнитного момента двигателя 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

Рисунок 22 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя в режиме пуска  со статическим моментом нагрузки

5.3 Нагружение двигателя в установившемся режиме

Рисунок 23 — Переходный процесс для фазного тока АД 
для нагрузки в установившемся режиме

Рисунок 24 —  Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
для нагрузки в установившемся режиме

Рисунок 25 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя для нагрузки в установившемся режиме

6 ДВУХФАЗНАЯ МОДЕЛЬ ДВИГАТЕЛЯ В СИСТЕМЕ КООРДИНАТ, НЕПОДВИЖНОЙ ОТНОСИТЕЛЬНО СТАТОРА

Система уравнений  в соответствии с Т-образной схемой замещения.

 

По полученным уравнениям составим структурную схему:

Рисунок 26 —  Структурная схема источника  питания

Рисунок 27 — Структурная схема АД

Рисунок 28 —  Структурная схема блока s_a

Рисунок 29 — Структурная схема блока s_b

Рисунок 30 — Структурная схема блока r_a

Рисунок 31 — Структурная схема блока r_b

Рисунок 32 —  Напряжение питающей сети

6.1 Модель двигателя  в режиме холостого хода

Рисунок 33 — Переходный процесс для фазного тока АД 
в режиме холостого хода

Рисунок 34 —  Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
в режиме холостого хода

Рисунок 35 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя в режиме холостого  хода

6.2 Пуск со статическим моментом

Рисунок 36 — Переходный процесс для фазного тока АД 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

Рисунок 37 —  Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
в режиме пуска со статическим моментом нагрузки

Рисунок 38 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя в режиме пуска  со статическим моментом нагрузки

6.3 Нагружение двигателя в установившемся режиме

Рисунок 39 — Переходный процесс для фазного тока АД 
для нагрузки в установившемся режиме

Рисунок 40 —  Переходный процесс для электромагнитного  момента двигателя 
для нагрузки в установившемся режиме

Рисунок 41 —  Переходный процесс для частоты  вращения двигателя для нагрузки в установившемся режиме

 

7 ВЫВОД

В данной работе были рассмотрены три модели асинхронного двигателя (принципиальная электрическая схема представлена на рисунке 42):

— без учета электромагнитных процессов;

— двухфазная модель в системе координат, ориентированной  по вектору напряжения статора;

— двухфазная модель в системе координат, неподвижной относительно статора.

Рисунок 42 —  Принципиальная электрическая схема  включения АД в сеть

 

Результаты  моделирования согласуются с  расчетными данными (установившееся значения параметров одинаковы), однако модель, не учитывающая электромагнитных процессов, дает упрощенное представление переходных процессов. В то время как двухфазная модель в системе координат, ориентированной по вектору напряжения статора учитывает электромагнитные процессы, которые привносят в переходный процесс колебательный характер, а двухфазная модель в системе координат, неподвижной относительно статора учитывает знакопеременный характер нагрузки.