Цифровое моделирование систем синхронного вращения с асинхронными машинами
Системы синхронного вращения (ССВ), их применение в различных отраслях промышленности. Построение адекватных физическим процессам цифровых моделей ССВ, что необходимо для исследования динамики таких систем. Модели каскадных приводов и критерии их оценки.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.09.2018 |
| Размер файла | 266,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Донбасский государственный технический университет
Цифровое моделирование систем синхронного вращения с асинхронными машинами
Макурин А.В., Шевченко И.С.,
Самчелеев Ю.П., Калюжный В.В.
Введение
Системы синхронного вращения (ССВ) находят применение в различных отраслях промышленности. Часто их использование необходимо по техническим причинам там, где применение механических связей не дает необходимой жесткости или невозможно конструктивно. В ряде случаев применение ССВ необходимо для снижения нагрузок на механизмы, иногда рассогласование валов или перекос частей механизмов нормируются правилами безопасности.
Из всех ССВ, применяемых в технике, наиболее простыми являются системы с внутренней синхронизацией (СВС) на асинхронных машинах с фазным ротором (МФР), связанных роторными цепями. В литературе [1] рассмотрены только установившиеся режимы таких систем и практически не освещены вопросы динамики. В связи с большой сложностью процессов в таких ССВ наиболее эффективным методом исследования таких режимов является моделирование на ЭВМ.
Одним из наиболее эффективных способов исследования динамики каскадно-связанных приводов является цифровое моделирование на ЭВМ, вопросы, связанные с применением которого, рассматриваются в данной работе.
Целью работы является построение адекватных физическим процессам цифровых моделей СВС, что необходимо для исследования динамики таких систем.
Материалы и результаты исследований
Моделирование ССВ с внутренней синхронизацией представляет довольно сложную задачу и должно проводиться на основе имеющегося опыта моделирования асинхронных двигателей и вентильных преобразователей [2].
Модели каскадных приводов могут оцениваться по таким признакам, как простота модели, ее устойчивость, универсальность, надежность работы и точность.
Моделирование ССВ и каскадных приводов может осуществляться двумя методами:
математическим моделированием систем дифференциальных уравнений напрямую и составлением на их базе цифровой модели;
методом структурного моделирования, который заключается в том, что разрабатываются модели определенных узлов (МФР, роторного выпрямителя) в отдельности, а затем производится их объединение в единую модель.
Недостатком первого метода является сложность и громоздкость модели, что приводит к трудностям при ее отладке и необходимости полностью переделывать модель даже при незначительных изменениях в силовой части. В данной работе будет рассмотрен метод структурного моделирования, который позволяет построить модель из составных частей-блоков и использовать отдельные модели двигателей, преобразователей, других элементов силовой части как подсистемы.
Следующим важным этапом является выбор переменных асинхронного двигателя, что, как указывается [2], существенно влияет на структурную устойчивость и простоту модели. Дифференциальные уравнения асинхронной машины в трехфазной системе координат ротора могут быть записаны относительно неизвестных токов, либо могут содержать и токи, и потокосцепления (в статорных и в роторных уравнениях). В связи с достоинствами выбрана модель асинхронного двигателя в форме "Шs - Ir", допускающая без значительных преобразований объединение ее с моделью роторного выпрямителя, которая наиболее пригодна для решения поставленных задач [2]. Ниже представлены уравнения в координатах "Шs - Ir":
где - мгновенные значения потокосцеплений статора;
,, - мгновенные значения токов ротора;
, - мгновенные значения напряжений статора;
- коэффициент затухания в цепях статора;
- коэффициент затухания в цепях ротора;
- коэффициент рассеяния обмотки статора;
- коэффициент рассеяния обмотки ротора;
- коэффициент рассеяния по Блонделю;
- базисная частота вращения ротора;
- электрическая частота вращения ротора;
- полные индуктивные сопротивления обмоток статора, ротора и контура намагничивания, приведенные к ротору;
rs, rr - активные сопротивления обмоток статора, ротора, приведенные к ротору.
Одной из наиболее мобильных программ моделирования электроприводов и других физических устройств является SIMULINK пакета МATLAB, позволяющая составлять модели по иерархическому принципу.
SIMULINK дает возможность составлять модели по системе дифференциальных уравнений (по структурной схеме) или использовать пакет расширения SIM POWER SYSTEM (SPS), с помощью которого можно получить модель из принципиальной схемы.
Это дает существенную выгоду при моделировании ССВ и каскадных приводов с преобразователями в роторных цепях, так как отпадает необходимость в составлении громоздких дифференциальных уравнений.
В то же время составление модели полностью в SPS приводит к большим осложнениям при описании магнитной цепи машины.
В данной статье предлагается использовать непосредственно SIMULINK для описания статорных уравнений, вывода ЭДС ротора и вычисления электромагнитного момента.
Для вычисления токов ротора и исследования переходных процессов в силовой части роторных цепей используется пакет SPS.
Имитационная модель СВС представлена на рис.1:
Имитационная модель состоит из блоков-подсистем: MOTOR 1, MOTOR 2 - подсистемы, состоящие из блоков (рис.2): преобразования частоты "u/f stator" (рис.4), блок вычисления потокосцеплений статора и их производных "stator" (рис.5), блок вычисления роторных ЭДС "edc rotor" (рис.6), блок вычисления электромагнитного момента и скорости "M/w rotor" (рис.7); ROTOR - блок вычисления роторных токов - выполнен в пакете SIM POWER SYSTEM, представлен на рис.3.
Рисунок 1 - Имитационная модель СВС
Рисунок 2 - Блок-подсистема Motor 1
синхронное вращение асинхронная машина привод
Рисунок 3 - Блок вычисления токов ротора
Рисунок 4 - Блок-подсистема преобразования частоты
Рисунок 5 - Блок-подсистема вычисления потокосцеплений статора и их производных
Рисунок 6 - Подсистема расчета роторных ЭДС
Рисунок 7 - Блок-подсистема расчета момента и скорости
Рисунок 8 - Подсистема ROTOR с преобразователем в цепи ротора
Рисунок 9 - Результаты моделирования ССВ с внутренней синхронизацией
На рис.3 приведена модель работы роторной цепи ССВ в пакете SPS, составленная на базе принципиальной схемы, где:
Ea1 - Ea6 - управляемые источники напряжения, имитирующие ЭДС фаз ротора;
Ra21-Rc22, La21-Lc22 - активные сопротивления обмоток ротора и собственные индуктивности обмоток статора и ротора, приведенные к ротору для двигателей 1 и 2.
Вычисленные значения токов ротора возвращаются в основную модель с помощью блоков-амперметров через блоки безусловного перехода. Модель блок-подсистемы ROTOR с выпрямителем представлена на рис.8.
На рис.8 показана подсистема цифровой модели ROTOR с применением вентильного каскада.
На рис.9 приведены результаты цифрового моделирования ЭП ССВ. Осциллограммы получены при работе двигателя с начальной нагрузкой на валу М=0.5Мн и набросом нагрузки в момент времени t=2.5 c еще на 0.5 Мн. Как видно из приведенных осциллограмм, ЭП работает нормально и даже при набросе нагрузки угол рассогласования валов б (электрический) не превышает 60 градусов.
Выводы
В ходе проведенной работы были разработаны цифровые модели ССВ на базе систем с внутренней синхронизацией, что позволяет проводить исследования динамики таких систем.
Литература
1. Андреев В.П., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. М.: Госэнергоиздат, 1963.
2. Сандлер А.С., Тарасенко Л.М. Динамика каскадных асинхронных электроприводов. - М.: Энергия, 1977. - 200 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Общие понятия и определения в математическом моделировании. Основные допущения при составлении математической модели синхронного генератора. Математическая модель синхронного генератора в фазных координатах. Реализация модели синхронного генератора.
дипломная работа [339,2 K], добавлен 05.10.2008Параллельная работа синхронного генератора с сетью, регулирование его активной и реактивной мощности. Построение векторных диаграмм при различных режимах нагрузки. Схема подключения синхронного генератора к сети с помощью лампового синхроноскопа.
контрольная работа [92,0 K], добавлен 07.06.2012Установившийся режим трехфазного короткого замыкания синхронного генератора. Физические явления при внезапном трехфазном коротком замыкании в цепи синхронного генератора без автоматического регулятора напряжения. Процессы изменения магнитных потоков.
лекция [76,5 K], добавлен 11.12.2013Назначение системы автоматического регулирования (САР) и требования к ней. Математическая модель САР напряжения синхронного генератора, передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Определение предельного коэффициента усиления системы.
курсовая работа [670,0 K], добавлен 09.03.2012Устройство асинхронной машины: статор и вращающийся ротор. Механическая характеристика асинхронного двигателя, его постоянные и переменные потери. Методы регулирования частоты вращения двигателя. Работа синхронного генератора в автономном режиме.
презентация [9,7 M], добавлен 06.03.2015Анализ влияния компенсации реактивной мощности на параметры системы электроснабжения промышленного предприятия. Адаптивное нечеткое управление синхронного компенсатора с применением нейронной технологии. Моделирование измерительной части установки.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 02.06.2017Уравнения динамики разомкнутой системы автоматического регулирования в операторной форме. Построение динамических моделей типовых регуляторов оборотов ГТД. Оценка устойчивости разомкнутых и замкнутых систем. Алгебраические критерии Рауса и Гурвица.
контрольная работа [474,3 K], добавлен 13.11.2013Исследование устойчивости вращения твердого тела при сферическом движении с неподвижным центром вращения. Сферическое движение сегментных оболочек с мгновенным центром вращения. Исследование устойчивости сферического движения эллипсоидной оболочки.
учебное пособие [5,1 M], добавлен 03.03.2015Устройство синхронного генератора, экспериментальное подтверждение теоретических сведений о его свойствах. Сбор схемы генератора, пробный пуск и проверка возможности регулирования параметров. Анализ результатов эксперимента, составление отчета.
лабораторная работа [221,2 K], добавлен 23.04.2012Особенности распределения диполей на цилиндрическом корпусе с заостренной головной частью параболической образующей, их влияние на обтекание тела вращения. Сущность условия безотрывного обтекания в случае движения под углом атаки и одновременном вращении.
реферат [146,6 K], добавлен 15.11.2009Конструкция синхронного генератора и приводного двигателя. Приведение генератора в состояние синхронизации. Способ точной синхронизации. Процесс синхронизации генераторов с применением лампового синхроноскопа. Порядок следования фаз генератора.
лабораторная работа [61,0 K], добавлен 23.04.2012Расчет пазов и обмотки статора, полюсов ротора и материала магнитопровода синхронного генератора. Определение токов короткого замыкания. Температурные параметры обмотки статора для установившегося режима работы и обмотки возбуждения при нагрузке.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 20.06.2014Експериментальні способи зняття характеристик трифазного синхронного генератора. Схема вмикання генератора. Зовнішня характеристика як залежність напруги від струму навантаження при сталому струмі збудження. Регулювальна характеристика, коротке замикання.
лабораторная работа [204,2 K], добавлен 28.08.2015Расчет и оптимизация геометрических и электрических параметров трехфазных обмоток статора синхронного генератора. Конструирование схемы обмотки, расчет результирующей ЭДС с учетом высших гармонических составляющих. Намагничивающие силы трехфазной обмотки.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 24.04.2014Применение в системах электроснабжения устройств автоматики энергосистем: синхронных компенсаторов и электродвигателей, регуляторов частоты вращения. Расчет токов короткого замыкания; защиты питающей линии электропередач, трансформаторов и двигателей.
курсовая работа [376,3 K], добавлен 23.11.2012Принцип действия регулятора ВРН-30, работающего в широком диапазоне частот вращения вала двигателя. Получение динамических и винтовых характеристик судового двигателя. Уравнение динамики измерителя, усилителя, связей регулятора и дифференцирующего рычага.
курсовая работа [2,1 M], добавлен 03.10.2012Основы динамики вращения твёрдого тела относительно неподвижной и проходящей через него оси, кинетическая энергия его частиц. Сущность теоремы Гюгенса-Штейнера. Расчет и анализ результатов зависимости момента инерции шара и диска от массы и радиуса.
курсовая работа [213,6 K], добавлен 02.05.2012Общие понятия и определение электрических машин. Основные типы и классификация электрических машин. Общая характеристика синхронного электрического двигателя и его назначение. Особенности испытаний синхронных двигателей. Ремонт синхронных двигателей.
дипломная работа [602,2 K], добавлен 03.12.2008Понятие диссипативных динамических систем. Хаотическая динамика, геометрическая структура странных аттракторов. Автомодельное свойство фракталов. Модели турбулентности, природа хаотической динамики гамильтоновых систем. Финитное движение в пространстве.
презентация [107,6 K], добавлен 22.10.2013Векторные диаграммы работы синхронного компенсатора. Типы турбо-, гидрогенераторов. Характеристика систем охлаждения и возбуждения. Параметры охлаждающей среды. Автоматическое гашение магнитного поля генераторов. Расчет самозапуска электродвигателей.
реферат [502,2 K], добавлен 14.07.2016
