Разработка виртуальной лабораторной работы на базе виртуальной асинхронной машины в среде MATLAB (стр. 10 из 14)
- номинальная выходная мощность Р2н,
- номинальный коэффициент полезного действия ηн,
- номинальный коэффициент мощности статорной обмотки сosφн,
- момент инерции на валу машины J кг×м2,
- номинальный электромагнитный момент Мн,
- кратность пускового момента Мп / Мн,
- кратность максимального момента Мк / Мн,
- кратность пускового тока I1п / I1н,
- критическое скольжение ротора Sk= 25 %,
- номинальное скольжение ротора Sн= 3.6 %.
- параметры Г-образной схемы замещения (рисунок 4.3) в относительных единицах:
в номинальном режиме:
- активное и реактивное сопротивления R`1*, X`1*,
- активное и реактивное сопротивления R``2*, X``2*,
- реактивное сопротивление взаимоиндукции Xm*,
в режиме короткого замыкания:
- активное и реактивное сопротивления R``2*кз, X``2*.
В таблицах П3 и П6 приведены значения величин, необходимых для моделирования и рассчитаны по данным таблиц П1-П2 и П4-П5:
- добавочное сопротивление R2 доб,
- потери в стали Pst,
- коэффициент трения Ftr,
в номинальном режиме:
- активное сопротивление и индуктивность рассеяния фазы статора Rs, Ls,
- активное сопротивление и индуктивность рассеяния фазы ротора R`r, L`r,
- индуктивность взаимоиндукции Lm,
в режиме короткого замыкания:
- активное сопротивление и индуктивность рассеяния фазы ротора R`r кз, L`r кз,
6.4 Исследование АД с короткозамкнутым ротором
Описание принципа действия, устройства, способов пуска и регулирования скорости приведено в разделе 2.
6.4.1 Ознакомление со схемой лабораторной работы
Для выбора схемы необходимо в окне MATLAB (рисунок 6.1) выбрать в качестве текущего каталога папку, в которой находится файл со схемой асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором: «C:\MATLAB6p5\work\AD\AKZ\AKZ.mdl». На экране появится схема модели лабораторной работы для исследования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, представленная на рисунке 6.2.
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 или 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 («n, M»; «P2, P1, I1, S, KPD, Cos.f»; «n, M, I1»), рабочие характеристики, блок «U1. I1. P1», усилитель «-К-».
Блоки программ: «Ввод данных», «Построение механической характеристики» и «Построение рабочих характеристик».
Рисунок 6.2 - Схема модели лабораторной работы для исследования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
6.4.2 Ввод данных в модель
Данные исследуемого двигателя для своего варианта (таблицы П1 и П3) необходимо ввести в модель, для этого необходимо дважды щёлкнуть левой кнопкой мыши по блоку асинхронной машины AD и в открывшемся окне ввести данные двигателя (рисунок 5.4). В качестве примера использован двигатель 4А112М4У3.
6.4.3 Определение пускового момента и тока при коротком замыкании
Опыт короткого замыкания асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором соответствует питанию обмотки статора при заторможенном роторе. Опыт проводится с целью определения пускового момента и пускового тока [4].
Для проведения опыта необходимо открыть блок AD и изменить параметры Rotor [Rr'(ohm) Llr'(H)] на соответствующие параметры ротора при коротком замыкании R`2 кз и L`r кз для заданного варианта, а также переключить блок K_Z (рисунок 5.7) в нижнее положение щёлкнув на нём дважды левой кнопкой мыши. Это приведёт к переключению на схему, когда электромагнитный момент подаётся на вход М2. В этом случае ω=0 и получается режим короткого замыкания.
Запустить систему на моделирование нажатием на кнопку
и в установившемся режиме (когда показания блоков перестанут изменяться) остановить моделирование нажатием на кнопку 
, записать пусковой момент Мп и пусковой ток I1п с цифровых дисплеев «P2, P1, I1, S, KPD, Cos.f» и «n, M». Определить кратность пускового тока 
и пускового момента 
. Сравнить полученные значения с паспортными.6.4.4 Снятие динамической характеристики при параметрах короткого замыкания
Опыт проводится с параметрами двигателя из пункта 6.4.3. Блок K_Z переключить в верхнее положение, это приведёт к переключению схемы в режим снятия характеристик, а также переключить блок Klych и Dinamika (рисунок 5.7) в верхнее положение и открыв блок М2 (рисунок 4.12), установить в нём значение равное 0.
Запустить систему на моделирование, двигатель начнёт разгоняться, и скорость дойдёт до холостого хода, в установившемся режиме остановить модель. Открыть блок «Построение механической характеристики» при этом вызовется подпрограмма построения характеристики в графическом окне Figure и построит динамическую механическую характеристику пуска двигателя (рисунок 6.3). Если необходимо, вызвать редактор свойств осей через меню Edit→Axes properties (рисунок 6.4) и изменить пределы осей X и Y до удобных. Через меню File→Export сохранить характеристику как рисунок, предварительно создав для этого на диске собственную папку. Окно с характеристикой закрыть. В блоке «n, M, I1=f(t)» просмотреть переходные процессы скорости, момента и тока статора во времени (рисунок 6.5). Нажатие сочетания клавиш «Alt + Print Screen» на клавиатуре приведёт к копированию активного окна в буфер, т.е. окна с переходными процессами, откуда их можно вставить в графическую программу Paint или в Word. Сохранить рисунок с переходными процессами в ранее созданной папке для создания отчёта.
Рисунок 6.3 - Динамическая механическая характеристика двигателя при пуске без нагрузки с параметрами короткого замыкания
Рисунок 6.4 - Редактор свойств осей
Рисунок 6.5 - Переходные процессы скорости, момента и тока статора во времени при пуске двигателя без нагрузки с параметрами короткого замыкания
6.4.5 Снятие естественной механической характеристики
Механической характеристикой называют зависимость частоты вращения ротора от вращающего электромагнитного момента.
Механическая характеристика называется естественной, если она соответствует номинальному напряжению, номинальной частоте и отсутствию внешних сопротивлений в цепях обмоток [6].
По методике пункта 6.4.2 ввести в блок AD параметры номинального режима. Блок Klych и Dinamika переключить в нижнее положение. В блоке α•М2 задать скорость нарастания нагрузки Slope равной 0,15•Мн. Это значение обуславливается тем, что при большой скорости нарастания нагрузки механическая характеристика становится динамической и появляется отклонение от естественной характеристики, что наглядно видно из рисунка 6.6, а при очень маленькой скорости нарастания нагрузки процесс вычисления занимает много времени.
Рисунок 6.6 – Механические характеристики при различных значениях α
Запустить систему на моделирование, двигатель начнёт разгоняться и скорость дойдёт до холостого хода, по завершении переходного процесса блок α•М2 начнёт нагружать двигатель и в блоке XY (рисунок 4.18) будет отображаться статическая механическая характеристика. При нагрузке больше критической двигатель остановится и прейдёт в режим противовключения. При отрицательной частоте вращения приблизительно равной 0.3ּn1 об/мин остановить модель. Открыв блок «Построение механической характеристики» вызовется подпрограмма построения механической характеристики в графическом окне Figure, окно с характеристикой не закрывать.
Повторить опыт, предварительно изменив в блоке α•М2 скорость нарастания нагрузки в поле Slope на отрицательное значение. При отрицательной нагрузке двигатель прейдёт в генераторный режим с отдачей электроэнергии в сеть. При частоте вращения приблизительно равной 2ּn1 об/мин остановить модель. Повторно открыть блок «Построение механической характеристики», при этом снятая новая характеристика построится вместе с уже имеющейся (рисунок 6.7).
Рисунок 6.7 - Механическая характеристика АД во всех режимах работы
Вызвать редактор свойств осей и изменить пределы осей X и Y до удобных. Сохранить характеристику на диске как рисунок и закрыть окно.
6.4.6 Построение естественных рабочих характеристик
При изменении нагрузки двигателя изменяются токи в обмотках, мощности, частота вращения и другие эксплуатационные показатели. Под рабочими характеристиками поминают зависимость подводимой мощности, тока, скольжения, КПД и коэффициента мощности от отдаваемой мощности на валу при неизменных значениях напряжения, частоты тока питающей сети и внешних сопротивлений в цепях обмоток [6].