Разработка виртуальной лабораторной работы на базе виртуальной асинхронной машины в среде MATLAB (стр. 8 из 14)
а) б) в)
Рисунок 4.15 - Блок «wm, M=f(t)»: а) внешний вид, б) внутренний вид, в) окно параметров
Шинный формирователь Mux (рисунок 4.16) выполняет объединение входных величин в единый выходной вектор (шину), что очень удобно, так как схема получается мене загромождённой.
Настраиваемыми параметрами являются:
Number of inputs – число входов,
Display option – вид отображения блока.
а) б)
Рисунок 4.16 - Блок Mux: а) внешний вид, б) окно параметров
Цифровой дисплей «wm, M» (рисунок 4.17) выводит на экран числовые значения входящих в блок величин (скорости и момента).
Настраиваемыми параметрами являются:
Format – формат вывода чисел,
Decimation – позволяет задать периодичность (через сколько дискретов времени) отображения значений времени,
Sample time – используется только для дискретных во времени процессов. Его значение (-1), установленное по умолчанию, для непрерывных процессов изменять не рекомендуется.
а) б)
Рисунок 4.17 - Блок «wm, M»: а) внешний вид, б) окно параметров
Осциллограф XY (рисунок 4.18) – графическое окно, отображающее зависимость одной переменной от другой. В данной схеме отображает механическую характеристику. Большим минусом этого блока является то, что в графическом окне нет сетки и нет возможности нанести надписи.
Настраиваемыми параметрами являются:
x-min, x-max, y-min, y-max – пределы осей по Х и У,
Sample time – смотри выше.
а) б) в)
Рисунок 4.18 - Блок XY: а) внешний вид, б) окно параметров, в) графическая область
Блок «Построение механической характеристики» (рисунок 4.19) является ссылкой на специально разработанную M-программу, в которой реализуется графическое построение механической характеристики. Большим удобством является то, что имеется сетка и можно наносить надписи осей и в графической области, а также редактирование полученных результатов.
а) б)
Рисунок 4.19 - Графическое окно для построения характеристик: а) внешний вид, б) графическая область
4.5 Результаты моделирования
После запуска схемы модели на моделирование и завершения процедуры моделирования можно проанализировать полученные результаты.
Графический дисплей «wm, M=f(t)» отображает переходной процесс скорости и момента во времени.
При прямом пуске вначале наблюдаются значительные колебания момента и скорости. При приложении момента нагрузки, аналогично наблюдаются колебания момента и скорости, но менее значительные, чем при пуске, также видно, что при приложении момента нагрузки наблюдается уменьшение скорости.
Получив механическую характеристику, можно увидеть, что при пуске она получается динамической и на ней чётко виден колебательный процесс скорости и момента в виде концентрических окружностей с уменьшающимся радиусом по мере затухания колебаний скорости и момента. Аналогичная картина наблюдается при ступенчатом набросе нагрузки.
5. РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ НА БАЗЕ ВИРТУАЛЬНОЙ АСИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Иную возможность анализа АД представляет специализированный раздел по электротехнике Toolbox Power System Block. В его библиотеке имеются блоки виртуальных электрических машин и АД с короткозамкнутым и фазным ротором в том числе.
Схема виртуальной лабораторной работы для исследования двигателя с короткозамкнутым ротором представлена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 - Схема модели лабораторной работы для исследования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
5.1 Поблочное описание схемы
Основными блоками схемы являются: источник трёхфазного напряжения (Source), трёхфазный измеритель напряжения и тока (Three-Phase V-I Measurement), трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (AD), задатчик нагрузки (М2 и α•М2), измеритель (вывод) скорости и электромагнитного момента на валу (wm, Te).
Дополнительные блоки: переключатели (Klych и K_Z), управляемый ключ (Switch), машинное время (Clock), осциллограф (XY), шинный формирователь (Mux), цифровые и графические дисплеи («wm, M, I1»; «P2, P1, I1, S, KPD, Cos.f»), «Рабочие характеристики», блок «U1. I1. P1».
Блоки программ: «Ввод данных», «Построение механической характеристики» и «Построение рабочих характеристик».
Источник трёхфазного напряжения Source (рисунок 5.2) имитирует работу трёхфазного источника синусоидального напряжения с заземлённой нейтралью N и выходами фаз А, В и С.
Настраиваемыми параметрами являются:
Phase to ground peak voltage (V) – амплитуда фазного напряжения,
Phase angle of phase A (Degrees) – начальный фазовый угол фазы А,
Frequency (Hz) – частота напряжения,
Source resistance (Ohms), inductance (H) – сопротивление и индуктивность источника.
а) б)
Рисунок 5.2 - Блок Source: а) внешний вид, б) окно параметров
Трёхфазный измеритель напряжения и тока Three-Phase V-I Measurement (рисунок 5.3) измеряет трёх фазное мгновенное напряжение и ток, потребляемые нагрузкой от источника.
Настраиваемыми параметрами являются:
Voltage measurement: phase-to-ground – измерение фазного напряжения от фазы до земли,
Use a label – использовать ярлык (ссылку) вместо выхода,
In pu – система относительных единиц,
Current measurement: yes – подтверждение измерения тока.
а) б)
Рисунок 5.3 - Блок Three-Phase V-I Measurement: а) внешний вид, б) параметры
Трёхфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором AD (рисунок 5.4) имитирует работу асинхронного двигателя с короткозамкнутым (или фазным) ротором. Составлен на основе математических уравнений.
Настраиваемыми параметрами являются:
Nom. power Pn – номинальная мощность,
Volt Vn – номинальное линейное напряжение,
Frequency fn – номинальная частота,
Stator (Rotor) R, L – активное сопротивление и индуктивность статора и приведённого ротора,
Mutual inductance Lm – взаимная индуктивность,
Inertia J – момент инерции на валу,
Friction factor F – коэффициент трения,
Pairs of poles – число пар полюсов р,
Initial conditions – начальные данные:
скольжение, угол поворота ротора, ток трёх фаз статора, сдвиг фаз А, В, С.
а) б)
Рисунок 5.4 - Блок AD: а) внешний вид, б) параметры
Задатчик нагрузки М2 (рисунок 4.12) и задатчик нагрузки α•М2 (рисунок 4.13). Описание этих блоков рассмотрено в разделе 4.
Машинное время Clock (рисунок 5.5) отображает время моделирования.
Настраиваемыми параметрами являются:
Display time – отображения времени в блоке,
Decimation – позволяет задать периодичность (через сколько дискретов времени) отображения значений времени.
а) б)
Рисунок 5.5 - Блок Clock: а) внешний вид, б) параметры
Измеритель (вывод) «wm, Te» (рисунок 5.6) выводит для отображения различные параметры асинхронной машины. Имеет возможность выбрать необходимые для вывода параметры из имеющихся. В данной схеме выводятся значения угловой скорости и электромагнитного момента на валу.
Настраиваемыми параметрами являются:
Machine type – тип машины,
Rotor currents [ira irb irc] – трёхфазный ток ротора,
Rotor currents [ir_q ir_d] – ток ротора в осях q, d,
Rotor fluxes [phir_q phir_d] – поток в роторе в осях q, d,
Rotor voltages [vr_q vr_d]- напряжение в роторе в осях q, d,
Stator currents [ia ib ic] – трёхфазный ток статора,
Stator currents [is_q is_d] - ток статора в осях q, d,
Stator fluxes [phis_q phis_d] – поток в статоре в осях q, d,
Stator voltages [vs_q vs_d] – напряжение в статоре в осях q, d,
Rotor speed [wm] – скорость вращения ротора
Electromagnetic torque [Te] – электромагнитный момент,
Rotor angle [thetam] – угол поворота ротора.
а) б)
Рисунок 5.6 - Блок «wm, Te»: а) внешний вид, б) параметры
Переключатели Klych, K_Z и Dinamika (рисунок 5.7) служат для переключения входного сигнала. Klych для переключения типа момента нагрузки на валу, K_Z для переключения на схему снятия пускового момента, а Dinamika для снятия динамической механической характеристики. Переключение происходит при двойном нажатии правой кнопкой мыши на блоке.
Настраиваемых параметров не имеет.
Рисунок 5.7 - Блоки Klych, K_Z и Dinamika
Управляемый ключ Switch (рисунок 5.8) служит для управляемого переключения входного сигнала. Имеет три входа, 1 и 3 - информационные, 2 - управляющий. Если величина управляющего сигнала не меньше некоторого ограничения, заданного в поле Threshold, то на выход подаётся сигнал с первого входа, в противном случае – сигнал с третьего входа. В схеме на первый вход подаётся вектор значений скорости и момента, также и на третий вход подаётся вектор скорости и момента при условии, что ключ Dinamika в верхнем положении, а на второй вход время.