Курсовая работа (т): Моделирование векторного управления асинхронным двигателем в Simulink

Моделирование векторного управления асинхронным двигателем в Simulink

Курсовая работа

Моделирование векторного управления асинхронным двигателем в Simulink

Санкт-Петербург

Содержание

1. Определение параметров нагрузки двигателя

. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по справочным данным

. Определение IGBT транзистора по номинальному току двигателя

. Описание модели двигателя в Simulink

Заключение

Список литературы

лифт двигатель транзистор simulink

1. Определение параметров нагрузки двигателя

Рис. 1.1 Кинематическая схема лифта

Основные узлы:

·        двигатель, служит для создания момента на валу КВШ;

·        червячный редуктор, служит для приведения моментов на быстроходном валу двигателя к тихоходному валу КВШ;

·        КВШ, канатоведущий шкив, служит для создания момента;

·        противовес;

·        тяговый канат;

·        кабина;

·        уравновешивающий канат.

Кинематическая схема (рис. 1.1) представляет собой схему взаимодействия основных узлов лифта, на которой показаны силы взаимодействия. Кабина лифта закреплена к тяговому канату, который проходит через КВШ и прикрепляется к противовесу. Двигатель лебедки при подаче на него напряжения, начинает вращаться, через редуктор вращательное движение поступает на КВШ. Канатоведущий шкив и тяговый канат преобразуют вращательное движение в поступательное. Кабина лифта начинает подниматься. Уравновешивающий канат необходим для компенсации веса тягового каната. Червячный редуктор очень прост, поэтому у него , а так же это позволяет кабине находится в неподвижном положении.

Грузоподъемность рассматриваемого лифта составляет 200 кг, соответственно:

 (1.1)

Вес кабины лифта:

 (1.2)

Вес противовеса:

 (1.3)

Тяговое усилие:

 (1.4)

Статический момент нагрузки на валу двигателя:

 (1.5)

где: d=0.57 м - диаметр КВШ;=30 - передаточное число редуктора;

 Н/м.

Определим момент инерции при пуске и при номинальной загрузке кабине:

 (1.6)

Где: =0.196 Н/м2 - момент инерции двигателя; =1 м/с - скорость движения кабины; = рад/с - угловая скорость двигателя; =0.287 Н/м2.

Динамический момент:

 (1.7)

где  = 2 с - время разгона;

Н/м.

Номинальный момент двигателя равен сумме статического и динамического моментов:

 (1.8)

По данному значению номинального момента выберем двигатель и произведем определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по справочным данным. Тип двигателя - 5AMX112M4.

2. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя по справочным данным

Исходные данные - параметры, соответствующие номинальному режиму работы двигателя:

Тип двигателя 5AMX112M4

Номинальная мощность Pn=5.5 кВт

Номинальная частота вращения nn=1440 об/мин

Коэффициент полезного действия η=86%

Коэффициент мощности cosφ=0.83

Номинальный ток при 380 В In=11.7 A

Номинальный момент Mn=36.5 Нм

Отношение пускового момента к номинальному моменту

.6

Отношение пускового тока к номинальному току

Отношение максимального момента к номинальному моменту

Динамический момент инерции ротора J=0.02 кг·м²

Двигатель 5AMX112M4 - двигатель с числом пар полюсов равным 2.

Одной из задач при любом моделирования процессов в двигателе является определение параметров схем замещения, показанных на рис. 2.1. Так как в справочных данных содержатся координаты трёх точек механической характеристики (номинальный момент и скорость вращения, момент опрокидывания и пусковой момент), а токи даны только для двух режимов (номинального и пускового), то расчёт пяти параметров необходимо вести по механическим величинам. При этом для механических величин может быть обеспечена сходимость к справочным данным, а для электрических величин будет возникать ошибка, связанная с несовершенством модели АД в виде схемы замещения:

Номинальная угловая скорость вращения поля статора:

 (2.1)

где  ‒ частота напряжения питания статора, равная 50 Гц

рад/с

(данное значение получено без учета числа пар полюсов).

Рис. 2.1 Схемы замещения асинхронного двигателя

Номинальная угловая скорость вращения ротора:

 (2.2)

где =1440 об/мин - скорость вращения ротора

 рад/с.

Номинальный момент двигателя:

 (2.3)

где =5500 Вт - номинальная механическая мощность,  - номинальная угловая скорость вращения ротора

 Н/м.

Номинальное скольжение:

 (2.4)

где  - скорость вращения поля статора =1500 об/мин

Активное сопротивление статора  можно определить по рассеваемой на нем мощности

,

как разности потребляемой активной мощности

и электромагнитной мощности в номинальном режиме

следующим образом:

 (2.5)

 (2.6)

где: =220 В - фазное напряжение; =3 - число фаз; =рад/с - угловая частота питающей сети; =2 - число пар полюсов магнитного поля двигателя.

 Ом.

Однако величина  будет несколько завышена, так как в электрическую мощность  входит мощность потерь в магнитопроводе, неучтённая в схеме замещения. Завышенное значение сопротивления  может в дальнейших расчётах приводить к некорректным (мнимым) значениям других параметров. Поэтому лучше вначале определить приведённое активное сопротивление ротора. Проще всего это сделать по двум координатам любой точки механической характеристики и значению тока статора в этом режиме. Например, в номинальном режиме мощность скольжения равна:

 (2.7)

примем допущение  тогда:

 (2.8)

Но, как известно из практики, это значение будет заниженным, так как истинная величина сопротивления ротора соответствует мощности скольжения вблизи точки опрокидывания, что не позволяет использовать такое решение, так как в справочных данных не приводится критическое скольжение.

 (2.9)

Найдем значение производной  в режиме холостого хода. Для этого продифференцируем выражение (2.9):

 (2.10)

а затем найдем предел при

 (2.11)

Заменяя в этом выражении производную конечными разностями между точками холостого хода и номинального режима, получим

 (2.12)

 (2.13)

Это выражение дает хорошее приближение, но его можно несколько упростить, так как коэффициент приведения Т- образной схемы замещения к Г- образной  находится в пределах и . Тогда для приведенного сопротивления ротора получим:

 (2.14)

Выражение (2.14) позволяет найти такое значение , при котором наклон касательной к механической характеристике в точке холостого хода будет несколько больше наклона секущей, проходящей через точку номинального режима, так как величина  несколько завышена за счёт условия .

Второй точкой справочных данных является точка опрокидывания. Расчетная механическая характеристика должна пройти через нее, однако предварительно нужно определить неизвестное критическое скольжение. Из формулы Клосса:

 (2.15)

критическое скольжение можно найти как:

 (2.16)

где  и  выбираем значение коэффициента приведения Т-образной схемы (рис. 2.1, а) к Г-образной схеме замещения (рис. 2.1, б) =1.02

a=1.663,

A=0.747,

=0.303.

Из уравнения критического момента

 (2.17)

с учетом выражения для критического скольжения

 (2.18)

можно найти

 (2.19)

а затем из выражения (2.18) можно определить :

 (2.20)

Индуктивное сопротивление короткого замыкания  далее можно разделить на сопротивления потоков рассеяния статора и ротора  и , полагая

 (2.21)

Для определения индуктивного сопротивления цепи намагничивания  преобразуем последовательное соединение главной цепи схемы рис. 2.1, б в параллельное, выделив активную и реактивную составляющие комплексной проводимости (рис. 2.1, в):

 (2.22)

 (2.23)

Величина  слабо влияет на электромеханические процессы и входит в уравнение механической характеристики асинхронного двигателя только посредством коэффициента .

В то же время, проводимость ветви намагничивания 1/ в режимах близких к номинальному соизмерима с реактивной проводимостью главной цепи b и существенно влияет на энергетические параметры.

Поэтому её целесообразно определять из баланса реактивной мощности:

 (2.24)

где  - реактивная мощность, расходуемая на формирование полей рассеяния статора и ротора.

После преобразования главной цепи мощности потоков рассеяния и основного потока могут быть представлены через одинаковое для всех ветвей фазное напряжение , как  и . Подставляя эти выражения в уравнение баланса мощностей, получим:

 (2.25)

Таким образом, из исходных данных мы получили все искомые значения параметров схемы замещения.

Параметры схемы замещения образуют сложные нелинейные взаимозависимые функции, для которых невозможно проверить условия сходимости.

 (2.26)