МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В ПАКЕТЕ MATLAB/SIMULINK. Асинхронный двигатель matlab


4. Разработка модели асинхронного двигателя в программе MATLAB. Разработка виртуальных лабораторных работ по исследованию асинхронных двигателей

Похожие главы из других работ:

Анализ технологического процесса промышленной установки и формулирование требований к автоматизированному электроприводу

3.4 Выбор номинальной скорости двигателя и типоразмера двигателя

При однозонном регулировании за максимальную скорость следует принять номинальную скорость двигателя, так как регулирование производится вниз от основной. Максимальной скорости соответствует скорость быстрых перемещений суппорта...

Изготовления детали на станке ЧПУ с помощью специализированного программного обеспечения

1. Построение объемной модели детали в программе Компас 3D

Моделирование - сложный процесс, результатом которого является законченная трехмерная сцена (модель объекта) в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объектов сцены с их последующим размещением в пространстве...

Концепции информационного поиска

Реализация векторной модели в среде Matlab

Входные данные: -terms - множество терминов; -docs - множество документов; -freq - таблица частот терминов...

Математическое моделирование системы управления лазерной индикацией в среде MatLab

3.1 Особенности сопряжения имитационной модели Matlab-Simulink и программное обеспечение визуализации

3.1.1 Обзор Virtual Reality Toolbox VR Toolbox это пакет, решающий задачи взаимодействия и управления виртуальными моделями динамических систем во времени. Он является расширением возможностей MATLAB и SIMULINK в мир графики виртуальной реальности...

Микропроцессорные системы управления электроприводом

3.3 Математическая модель асинхронного двигателя

Для анализа динамических свойств асинхронного двигателя составим математическую модель...

Моделирование двигателя постоянного тока в системе Scilab

3. Разработка алгоритмов для моделирования двигателя постоянного тока

...

Организация поиска информации

4. Реализация векторной модели в среде Matlab

Входные данные: · terms - множество терминов; · docs - множество документов; · freq - таблица частот терминов...

Программы для автоматизации топографо-геодезических работ

2.1 Создание цифровой модели местности в программе GeoniCS

Цифровая модель местности (ЦММ) - множество, элементами которого является топографо-геодезическая информация о местности...

Разработка технического задания для автоматизации магазина "Буква"

5. Разработка модели нового бизнеса (желаемой модели деятельности компании (прямой инжиниринг))

...

Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

1.1 Устройство и принцип действия асинхронного двигателя

Современные трехфазные асинхронные электродвигатели являются основными преобразователями электрической энергии в механическую и составляют основу электропривода большинства машин и механизмов...

Расчет параметров асинхронного энергосберегающего электродвигателя

1.1.3 Принцип действия трехфазного асинхронного двигателя

При подаче трехфазного напряжения на зажимы статорной обмотки в магнитной системе двигателя возникает вращающееся магнитное поле с полюсами , эквивалентное полю постоянного магнита...

Реализация звуковых эффектов

4 Разработка программной модели на MATLAB

Обработать звук на высоком уровне можно программным способом. Существует множество различных звуковых редакторов, позволяющих делать со звуком значительно более сложные вещи, чем это позволяют делать даже самые сложные эффект-процессоры...

Сжатие речи на основе алгоритма векторного квантования

4 Разработка программы на MATLAB

Входные файлы должны быть 16-разрядные .WAV файлы, с частотой дискретизации в 8 кГц. Программное обеспечение большинства звуковых плат поддерживает этот формат файла. Описание некоторых функций. 1) Функция Speech_process - моделирование вокодера...

Система автоматизированного проектирования технологических процессов "Вертикаль"

Глава 4. Создание 3D модели технологической оснастки в программе Solid Works.

SolidWorks - система автоматизированного проектирования, инженерного анализа и подготовки производства изделий любой сложности и назначения. Она представляет собой инструментальную среду...

Системы автоматического управления

5. Преобразование модели Simulink в модель Control System MATLAB.

· Создать структурную схему в Simulink. · Извлечь информацию из модели с помощью функции linmod. · Преобразовать матрицу состояния в модель Control System. Ход работы 1. Построение временных характеристик САУ с помощью пакета Control System На рисунке 1...

prog.bobrodobro.ru

Применение MatLab для исследования электроприводов с асинхронными двигателями Текст научной статьи по специальности «Электротехника»

УДК 378.016:62-83

В.А. Хвостов, канд. техн. наук, зав. кафедрой, (4832) 56-36-02, ViachKhv@yandex.ru,

А.А. Пугачев, кафедры, канд. техн. наук, доц., (4832) 56-36-02, alexander-pugachev@rambler.ru (Россия, Брянск, БГТУ)

ПРИМЕНЕНИЕ MATLAB ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Приводится анализ получивших наибольшее распространение методов исследования электромагнитных и электромеханических процессов преобразования энергии в асинхронных двигателях. Рассматривается использование пакета MatLab по исследованию принципов работы асинхронного двигателя и регулируемых электроприводов на базе оценки переходных характеристик и пространственно-временных диаграмм.

Ключевые слова: теория электропривода, математические модели, физические процессы, асинхронный двигатель.

Одним из основополагающих при подготовке студентов по специальности 140604 «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» является курс «Теория электропривода». В результате изучения данного курса студент должен понимать основные принципы построения систем электропривода, методы формирования статических и динамических характеристик, способы расчета и моделирования установившихся и переходных процессов и т.д. Традиционно наибольшую трудность при изучении теории электропривода вызывает понимание принципов работы и синтеза электроприводов с асинхронными двигателями. Для успешного освоения студентами этого раздела особое внимание следует уделить связям математического описания характеристик и процессов в электроприводах с картиной физических процессов, протекающих в них же. Для этого необходимо оценить возможности различных математических аппаратов, применяемых для исследования электрических машин и электроприводов в целом.

В теориях электропривода и электромеханического преобразования энергии существовало несколько этапов их развития, на каждом из которых те же самые физические явления описывались различными математическими моделями. Первый этап развития теории электромеханического преобразования энергии был связан с уравнениями установившихся режимов [3]. Процессы преобразования энергии в электрических машинах в установившихся режимах описываются общеизвестными комплексными уравнениями [1 - 3]. Геометрическим образом системы уравнений являются получившие очень широкое распространение векторные (пространственно-временные) диаграммы и схемы замещения. Долгие годы использование комплексной плоскости для изображения векторов, характеризующих процессы преобразования энергии в электрических ма-

шинах, было практически единственным методом исследования различных режимов работы электромеханических преобразователей и электроприводов.

Следующим шагом в развитии теории электромеханического преобразования энергии явилось создание математических моделей, описывающих динамические режимы. Математическая модель на базе дифференциальных уравнений значительно богаче схем замещения и векторных диаграмм и адекватно отражает процессы электромеханического преобразования энергии. Все напряжения и токи в ней образуют единую идеальную систему, которая при определенных условиях (пространственный сдвиг обмоток - 90° и временной сдвиг токов - 90 эл. град) находится в электромеханическом резонансе, когда электрическая энергия преобразуется в механическую и обратно с максимальными энергетическими показателями.

В теории электрических машин доказано, что любая многофазная электрическая машина с «-фазной обмоткой ротора и т-фазной обмоткой статора при условии равенства полных сопротивлений фаз статора (ротора) в динамике может быть представлена двухфазной моделью [3]. Более того, во всех случаях, когда это допустимо, необходимо преобразование многофазной машины к двухфазной.

Целью преобразования всегда является то или иное упрощение исходного математического описания динамических процессов: устранение зависимости индуктивностей и взаимных индуктивностей обмоток от угла поворота ротора, возможность оперировать не синусоидально меняющимися переменными, а их амплитудами и т.д. Подобное преобразование, однако, далеко не всегда приводит к наглядной связи сущности физических процессов, положенных в основе асинхронной машины, и математических моделей.

В различных работах, в том числе в работах, посвященных общей теории электрических машин и электропривода [2, 3], рассматриваются различные формы записи уравнений асинхронной машины, приводятся их обоснования, показывается физический смысл перехода от фазных координат к другим системам координат.

Любые произведения токов и напряжений в математической модели двухфазной машины имеют физический смысл. Электромагнитный момент электрической машины определяется всеми возможными комбинациями

произведений векторов токов I\ и I'2, протекающих в контурах статора и

ротора машины, и потокосцеплений обмоток статора Т\ и ротора Т 2 и

основного потокосцепления Т ^:

М = 3Рп(Т1Х /1) = -^рп(Т2х 1'2) = 3рп(Т^х 11) = 3рп^12(т_2х /1) 2 2 2 2 ¿2

и т.д.

Среди современных прикладных пакетов математического моделирования наибольшее распространение для исследования динамики электроприводов получил MatLab, который позволяет получать графики, поясняющие принципы работы электромеханических преобразователей. Широкое использование имеют временные зависимости (осциллограммы) основных координат электропривода: частоты вращения, электромагнитного момента, токов, потокосцеплений, которые позволяют качественно и количественно оценить переходные процессы и их основные показатели качества. Вместе с этим для наиболее наглядного рассмотрения процессов, протекающих в асинхронных машинах, целесообразно пользоваться не только осциллограммами переменных электропривода, но и пространственно-векторными диаграммами, ярко иллюстрирующими основы электромеханического преобразования энергии, формирование электромагнитного момента асинхронной машины и принципы построения систем управления. При помощи векторных диаграмм можно проследить характер изменения величин, непосредственно формирующих электромагнитный момент (векторы магнитных потоков и токов) при различных способах управления.

Для исследования переходных характеристик электроприводов высокую популярность завоевало приложение MatLab Simulink. Возможности этого приложения широко освещены, имеется множество работ по его использованию для моделирования динамических процессов в электроприводе, поэтому подробно останавливаться на применение MatLab Simulink в учебном процессе обучения студентов мы не будем.

Для исследования электроприводов на комплексных плоскостях целесообразнее воспользоваться средствами ядра MatLab. Авторами в качестве базовой модели принята модель двухфазного обобщенного электромеханического преобразователя на основе дифференциальных уравнений, составленных на основе законов Кирхгофа, в ортогональной системе координат. Для расчета переходных процессов в асинхронном двигателе была разработана компьютерная программа на языке среды MatLab. В основном модуле программы задаются параметры асинхронного двигателя, начальные условия для интегрирования дифференциальных уравнений, осуществляется расчет системы дифференциальных уравнений одним из стандартных методов интегрирования MatLab «ode45», обеспечивающий наибольшую точность при численном моделировании нелинейных систем, а также происходит вывод результатов расчета в виде графических зависимостей. Система дифференциальных уравнений описана в подпрограмме (т-функция) в форме Коши. Графические зависимости представлены в ви-

де осциллограмм и векторных диаграмм, для реализации которых применяется имеющаяся в составе Ма1;ЬаЬ функция анимации.

Известно, что электромеханическое преобразование энергии происходит в асинхронной машине во всех режимах, кроме режимов короткого замыкания и холостого хода. На рис. 1 для примера показаны пространственно-векторные диаграммы величин статора и ротора асинхронной машины в двигательном режиме («стоп-кадр» анимации). Токи статора появляются в фазах обмотки под действием симметричной системы напряжения питающей сети. Частота токов совпадает с частотой напряжения сети. На рис. 1 электрические величины токов и напряжений и пространственно-распределенные величины магнитного потока и магнитной индукции изображаются в виде векторов, вращающихся с частотой вращения магнитного поля. Проекции комплексных функций, изображающих действующие фазные величины на оси фаз статора, равны соответствующим мгновенным фазным величинам, уменьшенным в л/2 р аз. Проекции пространственных комплексов, изображающих синусоидально распределенные в зазоре величины, на любое направление дают представление о мгновенных значениях этих величин в соответствующей точке зазора.

Рис. 1. Пространственно-векторные диаграммы переменных статора (а) и ротора (б) асинхронной машины в режиме двигателя

В качестве примера принципов построения систем управления асинхронным двигателем рассмотрим систему векторного управления. Синтез этой системы напрямую зависит от того, какие векторы переменных асинхронной машины выбраны в качестве регулируемых [4, 5].

Векторные диаграммы рис. 2 позволяют дать физическую интерпретацию принципа построения систем векторного управления по аналогии с управлением машинами постоянного тока. Для иллюстрации векторного управления в качестве регулируемых выбраны векторы

потокосцепления ротора Т 2 и тока статора 11. В системах управления с

ориентацией вектора потокосцепления Т 2 по оси х при отсутствии задания частоты вращения и статической нагрузки на его валу состояние исходного потокосцепления должно обеспечиваться лишь за счет составляющей тока

статора 11Х (рис. 2, а). При этом вектор тока статора 11, равный по модулю

току 11Х будет совпадать по направлению с вектором Т 2, равным по модулю потокосцеплению Т 2 Х. При неподвижном роторе и отсутствии статической нагрузки вектор Т 2 будет неподвижным в пространстве, а ток

11 - постоянным во времени. Система координат также будет неподвижна. Подобное состояние асинхронного двигателя аналогично условию подачи постоянного тока в обмотку возбуждения двигателя постоянного тока без подключения его якорной цепи к источнику напряжения.

Рис. 2. Векторные диаграммы переменных асинхронной машины при ориентации по вектору потокосцепления ротора

При поступлении сигнала задания частоты вращения система управления сначала обеспечивает поворот вектора тока статора относительно вектора потокосцепления ротора (рис. 2, б) и, в итоге, возникновение электромагнитного момента М ф 0, под действием которого при М > Мс начинается движение вала ротора. Это движение будет происходить до тех пор, пока реальная частота вращения асинхронного двигателя

не сравняется с заданным значением. При их равенстве вектор 11 вновь

устанавливается по направлению вектора Т 2, а электромагнитный момент

становится равным нулю. Однако, в отличие от предыдущего режима ток

статора является уже переменным во времени, а вектор Т 2 вращается в пространстве с частотой, пропорциональной частоте тока. С этой же частотой вращается и система координат х, у. Поэтому составляющие и Т2х остаются на прежнем уровне. Асинхронная машина работает в режиме идеального холостого хода с частотой вращения, также связанной с частотой тока статора.

При увеличении нагрузки на валу система управления должна

обеспечивать поворот вектора 11 относительно вектора Т 2 таким образом, чтобы, во-первых, составляющая оставалась неизменной (рис. 2, в), сохраняя постоянство потокосцепления Т 2 х, а, во-вторых, составляющая 1Ху увеличивалась до значения, при котором электромагнитный момент станет равным моменту сил сопротивления на валу ротора, и двигатель выходил бы на установившийся режим работы.

На векторной диаграмме рис. 2 вектор тока статора по мере увеличения нагрузки скользит по линии, перпендикулярной оси х и вектору Т2х. Результирующая составляющая токов статора и ротора по оси у создает составляющую потокосцепления Т^у. Годограф вектора Т^ также скользит по прямой, перпендикулярной оси х и вектору Т 2 х. Таким образом, при увеличении нагрузки двигателя и стабилизации Т2 основной поток намагничивания машины также увеличивается, что необходимо учитывать при реализации системы управления электропривода.

Приведенные примеры использования MatLab для изучения принципов работы асинхронных электроприводов при помощи комплексных плоскостей показывают наглядность этого способа, определяют однозначные связи между математическим описанием электроприводов и физическими процессами, протекающими в них. Применение в учебном процессе (лабораторные работы, курсовое проектирование) данных методов вместе с исследованием переходных и механических характеристик позволит установить более глубокие связи между всеми базовыми курсами специальности 140604.

Список литературы

1. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины. Т.1. М.: МЭИ, 2006. 652 с.

2. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 2001.

704 с.

3. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин: учеб. для вузов. М.: Высш.шк., 2001. 326 с.

4. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005. 304 с.

5. Шенфельд Р., Хабигер Э.Л.: Автоматизированные электроприводы. Энергоатомиздат, 1985. 464 с.

V. Xvostov, A. Pugachyov

Using MatLab for electric drives with asynchronous motors researches

The analysis of popular research methods of electromagnetic and electromechanical energy transformation processes within asynchronous machine is presented. The research of principle of operation of asynchronous machine and electric drive by using MatLab on foundation of estimation of step response and space-time diagram is considered.

Keywords: theory of electric drives, mathematical models, physical processes, asynchronous motor.

Получено 06.07.10

УДК 378.016:62-83

А.И. Хитров, канд. техн. наук, доц., (8112) 79-78-66, khitrov-pscov@mail.ru,

А.А. Хитров, асп., (8112) 79-78-66 ppi@ppi.psc.ru, И.М. Федотов, асп., (8112) 79-78-66, ppi@ppi.psc.ru (Россия, Псков, ППИ)

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННЫХ И ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ СОВРЕМЕННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Приводятся структура и состав экспериментального стенда, позволяющего исследовать характеристики современных частотно-регулируемых электроприводов.

Ключевые слова: методика подготовки, ЭП, экспериментальные стенды.

Повышение уровня требований к показателям качества регулирования выходных переменных (момента, скорости, положения) электроприводов (ЭП), обеспечение энерго- и ресурсосбережения при их применении, в современных условиях позволяет считать актуальной задачу совершенствования методик подготовки инженерных и научных кадров в области исследования и внедрения современных ЭП.

Новые методики подготовки должны основываться на применении современных компьютерных технологий имитационного моделирования динамических процессов в ЭП, создании экспериментальных стендов для исследований режимов их работы с целью подтверждения результатов моделирования и принятия решения о целесообразности применения кон-

cyberleninka.ru

оделирование асинхронного двигателя в среде MATLAB

MATLAB

Индивидуальное задание №3 по курсу «Электрический привод и автоматизация электроснабжения промышленных предприятий»

 

 

Выполнил студент гр. 9а83 _________ ____________ М. В. Марьина

 

Проверил (к.т.н., доц.) _________ ____________ А. Ю. Чернышев

 

 

Томск – 2012

Задание:

Для двигателя типа 4АНК160С4У3выполнить следующее:

1. С помощью математического пакета MathCAD определить параметры Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя, необходимые для моделирования.

2. В среде MATLAB получить динамическую механическую характеристику и график переходного процесса скорости и электромагнитного момента при пуске двигателя.

3. Провести анализ полученных результатов.

 

Номинальное скольжение

Исходные данные для АД типа 4АНК160С4У3:

Номинальная мощность двигателя
Номинальное фазное напряжение
Номинальное напряжение сети
КПД в режиме номинальной мощности
Коэффициент мощности в режиме номинальной мощности

Номинальный ток ротора

Синхронная частота вращения

Кратность пускового тока
Кратность пускового момента
Кратность максимального момента
Кратность минимального момента
Коэффициент загрузки двигателя

 

Число пар полюсов

 

1. Определение параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя серии 4А :

Найдем ток холостого хода асинхронного двигателя:

 

 

, где

- номинальный ток статора двигателя

 

 

 

 

- ток статора двигателя при частичной загрузке

 

 

 

 

где - КПД при частичной загрузке. Практически равен

 

- коэффициент мощности при частичной загрузке
где K – коэффициент, зависящий от мощности двигателя
А - ток холостого хода двигателя.
Из формулы Клосса определим соотношение для расчета критического скольжения. В первом приближении принимаем

 

 

 

 

 

Определим коэффициент A1

 

 

 

 

  Тогда активное сопротивление ротора, приведенное к обмотке статора асинхронного двигателя равно

 

 

Активное сопротивление статора обмотки рассчитываем по следующему выражению
Определим параметр γ ,который позволяет найти индуктивное сопротивление короткого замыкания
Найдем индуктивное сопротивление роторной обмотки, приведенное к статорной

 

 

Найдем значение индуктивного сопротивления короткого замыкания.

 

 

Найдем индуктивное сопротивление статорной обмотки, приведенное к статорной

 

Найдем ЭДС ветви намагничивания , наведенную потоком воздушного зазора в обмотке статора в номинальном режиме
 
Тогда индуктивное сопротивление намагничивания равно:

 

 

 

 

оделирование асинхронного двигателя в среде MATLAB

Рисунок 1. Схема для моделирования характеристик асинхронного двигателя в среде MATLAB

Рисунок 2. Введенные параметры для моделирования в MATLAB.

Рисунок 3. Переходный процесс электромагнитного момента при пуске короткозамкнутого асинхронного двигателя прямым включением в сеть.

Рисунок 4. Переходный процесс скорости при пуске короткозамкнутого асинхронного двигателя прямым включением в сеть.

 

Графики ω=f (t) и M=f (t) переходных процессов позволяют построить динамическую механическую характеристику асинхронного двигателя (рисунок 5) при пуске прямым включением в сеть.

 

Рисунок 5. Динамическая механическая характеристика

асинхронного двигателя.

 

Рисунок 6. Статическая механическая характеристика

асинхронного двигателя.

Вывод:

Анализ динамических процессов преобразования энергии в асинхронном двигателе представляет собой сложную задачу в связи с существенной нелинейностью уравнений, описывающих асинхронный двигатель, обусловленной произведением переменных. Поэтому исследование динамических характеристик асинхронного двигателя целесообразно вести с применением средств вычислительной техники.

Моделирование в программных средах MathCAD и Matlab позволяет достаточно просто провести исследования динамических механических характеристик асинхронного двигателя. Установлено, что динамическая характеристика определяется не только параметрами схемы замещения асинхронного двигателя, но и параметрами электропривода, такими, как эквивалентный момент инерции J , момент сопротивления Mc на валу двигателя. Следовательно, асинхронный двигатель при данных параметрах питающей сети и схемы замещения обладает одной статической

и множеством динамических механических характеристик.

Дата добавления: 2015-08-03; просмотров: 402 | Нарушение авторских прав

mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.011 сек.)

mybiblioteka.su

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В ПАКЕТЕ MATLAB/SIMULINK

Транскрипт

1 ВЕСТНИК ПНИПУ 204 Электротехника, информационные технологии, системы управления УДК ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В ПАКЕТЕ MATLAB/IMULINK Рассмотрены вопросы синтеза и моделирования системы векторного управления асинхронным двигателем Приведены структура векторного управления и этапы настройки контуров регулирования скорости и тока Особое внимание уделено проработке отдельных узлов системы управления, связанных с компенсацией перекрестных связей и ограничением момента Выполнена реализация комплексной модели системы управления в среде имитационного моделирования MatLab/imulink Приведены и проанализированы результаты моделирования, которые подтверждают правильность настройки контуров регулирования Предложенные в статье подходы и разработанные модели позволят выполнять отладку проектируемых систем частотного управления перед непосредственной реализацией на микроконтроллере Полученные в работе результаты планируется дополнить использованием алгоритмов автоматической идентификации параметров модели двигателя и задействовать при разработке и исследовании бездатчиковых систем управления электроприводом переменного тока Ключевые слова: асинхронный двигатель, частотное векторное управление, регулятор, имитационное моделирование, синтез контура регулирования DA Dadenkov, EM olodky, AM hachkov Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation IMULATION OF VECTOR CONTROL YTEM OF AYNCHRONOU MOTOR THROUGH THE MATLAB/IMULINK ENVIRONMENT The synthesis and simulation of systems of vector control of an induction motor are discussed The structure of the vector control and configuration steps of speed and current regulators are shown pecial attention is paid to the study of the individual components of the control system related to compensation of cross-connections and torque limit Еhe implementation of a comprehensive model of the control system in the Matlab/imulink simulation environment is done The simulation results Presented and analyzed that confirm the correct configuration of the control system The proposed approaches and the models allow to debug the design frequency control systems before carrying on the microcontroller The results are planned to complement with usage of algorithms for automatic identification of model parameters of the motor and to engage in the development and study of sensorless control systems of AC drives Keywords: induction motor, frequency vector control, regulator, simulation, control loop synthesis 7

2 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков Качество векторного управления асинхронным двигателем (АД) зависит во многом от настройки регуляторов скорости и тока, дискретности аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и алгоритмов векторной широтно-импульсной модуляции (ВШИМ) Для качественной настройки систем векторного управления необходимо разработать и реализовать алгоритмы настройки контуров регулирования по параметрам схемы замещения АД, а также алгоритмы ВШИМ, стремясь их максимально адаптировать для системы управления двигателем на базе микроконтроллера С этой целью для моделирования и отладки алгоритмов векторного управления АД могут быть использованы программно-аппаратные симуляторы электропривода [, 2], средства имитационного моделирования В данной работе предлагается использовать среду имитационного моделирования MatLab/imulink Структурная схема системы векторного управления, выбранная для исследования и моделирования [3], представлена на рис Рис Упрощенная структура системы векторного управления АД Для построения модели системы векторного управления необходимо выполнить синтез контуров регулирования скорости и тока Синтез и настройку регуляторов тока по осям d и q производим по известной методике [4, 5] На рис 2 изображен контур регулирования составляющей тока I Для силового преобразователя принимаем пропорциональный 2 коэффициент kп = U нф и постоянную времени Tп = 2Tшим = f шим 8

3 Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем * I W ( р) рт kп T p + п k0 T p + э I k от Рис 2 Контур регулирования тока I С учетом компенсации перекрестных обратных связей [3] получаем коэффициенты для составляющей цепи статора по оси q: где R сопротивление статора; k0 =, () R L σr Lm Tэ = Lσ + / R, (2) LσR + Lm L σ индуктивность рассеяния статора; L σ R индуктивность рассеяния ротора; L m главная индуктивность Коэффициент обратной связи датчика тока k от = Настройку контура тока производим на технический оптимум [4, 5], компенсируя большую постоянную времени T, поэтому T T В результате процедуры синтеза получена передаточная функция ПИ-регулятора тока: W = 2T p T p k k T p + T p + п 0 ( + ) µ µ Передаточная функция замкнутого контура тока статора по оси q п W ЗКТ = = q 2 2T p( T p + ) + 2T p + 2T p + 2T + (4) µ µ µ µ µ p Аналогично выполняются синтез и настройка контура регулирования составляющей тока I Далее рассмотрим настройку контура регулирования скорости В результате процедуры синтеза [4, 5] получена схема контура регулирования скорости (рис 3), который включает в себя непосредственно э э µ = п (3) 9

4 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков сам регулятор скорости W рс (p), вычислитель тока I, замкнутый контур регулирования тока (ЗКРТ q ), механическую часть АД и обратную связь в виде датчика скорости (K с ) * ω W рс (р) * М 2 3Z Р ψ R ЗКРТ q * I 2Tµ p + М М с Мех часть АД ω 2Hp + F тр ω ос K c Рис 3 Контур регулирования скорости Передаточная функция механической части АД определяется из математического описания АД в среде имитационного моделирования MatLab/imulink [6]: dω = ω dt 2H ( M Fтр Mс ) где M электромагнитный момент, F тр коэффициент трения, Н суммарная инерционная постоянная машины, M с статический момент нагрузки Принимая M с = 0, получаем передаточную функцию механической части АД: W МЕХ / Fтр = = 2Hp + Fтр 2H p + F тр Коэффициент обратной связи датчика скорости принимаем k от = Настройку контура скорости выполняем на технический оптимум [4, 5], меньшую постоянную времени принимаем Tµ C = 2 Tµ В результате процедуры синтеза [4, 5] получена передаточная функция ПИ-регулятора скорости: Wрс = (7) 2 2Tµ C ( Tµ C p + ) 3 Z ψ 2 T p + 2 Hp + F P R µ, тр (5) (6) 20

5 Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем При построении системы модели векторного управления необходимо также учесть компенсацию нелинейных обратных связей [3, 7] Для этого воспользуемся векторной диаграммой двигателя (рис 4) при ψ R = const и выразим потокосцепление в уравнениях равновесия статора через токи статора: ( ), ψ = L I + ψ = L + L I (8) σ md σ m ψ = L I + ψ = L I + L I = L + L L I σr m σ mq σ m mq σ Lσ R + Lm (9) Рис 4 Векторная диаграмма АД при ψ R = const Подставляя найденные выражения (8) и (9) для ψ, ψ в уравнения равновесия ЭДС статора [3], получим систему уравнений: di LσR Lm U = ( Lσ + Lm ) + R I Lσ + I, dt LσR + Lm (0) L σrl di m U = Lσ + + R I + ω ( Lσ + Lm ) I LσR + Lm dt Анализируя полученную систему уравнений (0), видим, что в напряжении U присутствует составляющая, зависящая от I, а в напряжении U составляющая, зависящая от I Следовательно, при синтезе системы управления между каналами регулирования составляющих I и I будет существовать взаимовлияние Каналы будут оказывать друг на друга возмущающее воздействие, особенно сильно проявляющееся в переходных режимах Чтобы этого избежать, 2

6 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков выполним компенсацию перекрестных связей и получим компенсирующие составляющие Компенсационная составляющая канала управления по току I U kd = ω L L L σr m σ + I () Lσ + Lm Компенсационная составляющая канала управления по току I kq ( L L ) I U = ω σ + (2) При реализации модели в MatLab/imulink для компенсации перекрестных связей суммируем компенсационные составляющие с получаемыми на выходе регуляторов тока составляющими векторов статорного напряжения При реализации векторного управления необходимо учесть, что при работе на номинальном напряжении с повышением частоты ограничивается предельно достижимый двигателем момент [3, 8] Рассмотрим закон сохранения механической мощности при работе АД на различных скоростях: m P = Mω = const (3) Согласно выражению (3) максимальный момент, который двигатель способен обеспечить, зависит от частоты и определяется следующим соотношением [3]: M M ω н max = н, (4) ω где М н номинальный момент двигателя; ω н номинальная скорость двигателя Следовательно, в первом приближении можно считать, что зависимость момента от скорости вращения гиперболическая [3] Таким образом, ток реального силового преобразователя всегда ограничен предельным значением, связанным с его физической реализацией, поэтому необходимо ограничивать момент на уровне некоторого перегрузочного момента M Зная предельно допустимый ток силового преобразователя ( I max max ), определим допустимый момент перегрузки: M max 3Z ψ I L = ψ p R max m R 2( Lσ R + Lm ) 22

7 Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем На рис 5 представлена схем реализации расчета перегрузочного момента и ограничения момента в среде Matlab/imulink Рис 5 Реализация ограничения момента На рис 6 представлена комплексная модель векторного управления асинхронным двигателем в пакете Matlab/imulink Рис 6 Модель системы векторного управления АДв Matlab/imulink Паспортные данные двигателя, используемого при моделировании, представлены в таблице Параметры двигателя, используемые при моделировании, BA L σ, Гн 4 0, U НЛ, B L σr, Гн 8 0, f Н, Гц 0 50 J,кг*м 2 2 0,03 3 R, Ом 4,405 5 Z P R R, Ом 8,395 9 F TP, Н*м*с 20 0, L m, Гн 22 0, n 2, об/мин

8 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков Графики переходных процессов по результатам имитационного моделирования представлены на рис 7 Рис 7 Результаты имитационного моделирования в Matlab/imulink На рис 7 при рассмотрении сверху вниз первый график отражает изменение скорости, второй электромагнитного момента, третий статорных токов в трехфазной неподвижной системе координат При моделировании в начальный момент времени задание скорости составляет 0 рад/с Двигатель запускается вхолостую и выходит на эту скорость без нагрузки После выхода на заданную скорость происходит наброс нагрузки в момент времени t = с Далее в момент времени t =,5 с происходит снижение задания скорости до 70 рад/с И наконец, в момент времени 2,5 с происходит увеличение задания скорости до 80 рад/с По графикам переходных процессов скорости, момента и токов (рис 7) видно, как регуляторы качественно отрабатывают задающие и возмущающие воздействия При этом, анализируя картину статорных токов в трехфазной неподвижной системе координат, видно, что токи имеют меньшую ам- 24

9 Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем плитуду при моменте двигателя, близком к моменту M зад (заданному при расчете оптимального потокосцепления ротора), и большую амплитуду при увеличении разницы между моментом двигателя и M зад Таким образом, сначала при задании скорости ω = 0 рад/с и набросе нагрузке амплитуда статорных токов минимальна, а затем при снижении скорости ω = 70 рад/с разность между моментом двигателя и M зад изменяется, что приводит к увеличению амплитуды статорных токов Далее при увеличение скорости до ω = 80 рад/с сокращается разница между моментом двигателя и M зад, что приводит к уменьшению амплитуды статорных токов Из полученных результатов анализа графиков переходных процессов следует, что все расчеты были произведены правильно и векторная система управления (ВСУ) работает согласно настроенному критерию оптимизации Данная ВСУ с косвенной ориентацией по потокосцеплению ротора может быть реализована на микроконтроллере [9] для последующей оценки работоспособности системы на реальном АД Заметим, что при получении результатов моделирования, отвечающих определенным требованиям, следует всегда помнить об адекватности модели и принятых допущениях В ходе исследования в среде имитационного моделирования Matlab/imulink реализована структура векторного управления асинхронным двигателем Моделирование системы управления позволило сделать вывод об адекватности настройки регуляторов по параметрам схемы замещения двигателя, а также о правильной работе алгоритмов в блоках оценки потокосцепления ротора и ограничения момента Моделирование векторной системы управления АД позволяет исключить ошибки и неточности при проектировании системы управления двигателем, а также произвести отладку алгоритмов управления во многих режимах работы системы управления Рассмотренная в работе система векторного управления АД может быть использована для создания программной части системы управления частотно-регулируемым электроприводом в датчиковом режиме (с использованием энкодера или датчика Холла) Дальнейшее развитие данная система управления может получить добавлением алгоритмов идентификации параметров АД и реализацией бездатчикового управления [0] 25

10 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков 26 Библиографический список Зюзев АМ, Нестеров КЕ, Мудров МВ Программноаппаратный симулятор электропривода // Энергетика Инновационные направления в энергетике CAL-технологии в энергетике Пермь: Изд-во Перм нац исслед политехн ун-та, 203 С Кычкин АВ, Даденков ДА, Билалов АБ Автоматизированная информационная система полунатурного моделирования статической нагрузки электроприводов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Электротехника, информационные технологии, системы управления С Качачев ЮН Векторное регулирование (заметки практика) [Электронный ресурс] URL: (дата обращения: ) 4 Казанцев ВП Теория автоматического управления Линейные системы управления: учеб пособие Пермь: Изд-во Перм гос техн ун-та, Даденков ДА, Шиляев ДВ Сравнительный анализ методов синтеза систем регулирования скорости микроприводов постоянного тока // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета Электротехника, информационные технологии, системы управления 203 Т 7 С Герман-Галкин СГ Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МatLab 60: учеб пособие СПб: КОРОНА принт, с 7 Башарин АВ, Новиков ВА, Соколовский ГГ Управление электроприводами Л: Энергоиздат, Осипов ПА, Карякин АЛ Метод измерения координат асинхронного электродвигателя в частотно регулируемом электроприводе механизмов карьерного экскаватора // Электротехника С Проекты на микроконтроллерах AVR [Электронный ресурс] (дата обращения: ) 0 Браславский ИЯ, Зюзев АМ, Нестеров КЕ Асинхронный тиристорный электропривод с бездатчиковым измерителем скорости // Электромашиностроение и электрооборудование С 35 36

11 Моделирование системы векторного управления асинхронным двигателем References Ziuzev AM, Nesterov KE, Mudrov MV Programmnoapparatnyi simuliator elektroprivoda [Hardware-software simulator of the electric drive] Energetika Innovatsionnye napravleniia v energetike CALtekhnologii v energetike Permskii natsional'nyi issledovatel'skii politekhnicheskii universitet, 203, no, pp Kychkin AV, Dadenkov DA, Bilalov AB Avtomatizirovannaia informatsionnaia sistema polunaturnogo modelirovaniia staticheskoi nagruzki elektroprivodov [The automated information system of seminatural modeling of static loading of electric drives] Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniia, 203, no 8, pp Kachachev IuN Vektornoe regulirovanie (zametki praktika) [Vector regulation (practician's note)] Available at: (accessed 2 eptember 204) 4 Kazantsev VP Teoriia avtomaticheskogo upravleniia Lineinye sistemy upravleniia [Theory of automatic control Linear control systems] Izdatel'stvo Permskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, Dadenkov DA, hiliaev DV ravnitel'nyi analiz metodov sinteza sistem regulirovaniia skorosti mikroprivodov postoiannogo toka [Comparative analysis of synthesis methods of speed control systems for direct current micro drives] Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta Elektrotekhnika, informatsionnye tekhnologii, sistemy upravleniia, 203, vol, no 7, pp German-Galkin G Komp'iuternoe modelirovanie poluprovodnikovykh sistem v MatLab 60 [Computer modeling of semiconductor systems in MATLAB 60] aint Petersburg: Korona print, 200, 320 P 7 Basharin AV, Novikov VA, okolovskii GG Upravlenie elektroprivodami [Control of electric drives] Leningrad: Energoizdat, Osipov PA, Kariakin AL Metod izmereniia koordinat asinkhronnogo elektrodvigatelia v chastotno reguliruemom elektroprivode mekhanizmov kar'ernogo ekskavatora [The method of measuring the coordinates of the asynchronous motor in frequency controlled electric drive mechanisms career excavator] Elektrotekhnika, 202, no 9, pp

12 ДА Даденков, ЕМ Солодкий, АМ Шачков 9 Proekty na mikrokontrollerakh AVR [Projects on microcontrollers] Available at: (accessed 27 October 204) 0 Braslavskii IIa, Ziuzev AM, Nesterov KE Asinkhronnyi tiristornyi elektroprivod s bezdatchikovym izmeritelem skorosti [Asynchronous thyristor electric drive with sensorless speed meter] Elektromashinostroenie i elektrooborudovanie, 2006, no 66, pp Сведения об авторах Даденков Дмитрий Александрович (Пермь, Россия) старший преподаватель кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета (64990, Пермь, Комсомольский пр, 29, Солодкий Евгений Михайлович (Пермь, Россия) старший преподаватель кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета (64990, Пермь, Комсомольский пр, 29, Шачков Алексей Михайлович (Пермь, Россия) магистрант -го курса кафедры микропроцессорных средств автоматизации Пермского национального исследовательского политехнического университета (64990, Пермь, Комсомольский пр, 29, About the authors Dadenkov Dmitry Alexandrovich (Perm, Russian Federation) is a enior Lecturer at the Department of Automation Microprocessors, Perm National Research Polytechnic University (64990, Perm, 29, Komsomolsky pr, olodkiy Eugene Mikhailovich (Perm, Russian Federation) is a enior Lecturer at the Department of Automation Microprocessors, Perm National Research Polytechnic University (64990, Perm, 29, Komsomolsky pr, hachkov Alexey Mikhailovich (Perm, Russian Federation) undergraduate student at Department of Automation Microprocessors, Perm National Research Polytechnic University (64990, Perm, 29, Komsomolsky pr, Получено

docplayer.ru

2.2 Моделирование статических характеристик асинхронного двигателя в пакете MATLAB. Системы управления электроприводами

Похожие главы из других работ:

Автоматизированный электропривод центрифуги

8. Анализ статических характеристик ЭП и требования предъявляемые к ЭП (Определение структуры настроек регулятора) построение статических характеристик СУЭП

На практике существуют различные способы управления частотой вращения асинхронного двигателя. Среди них управление напряжением питания, магнитным потоком, количеством пар полюсов...

Асинхронный двигатель с аварийным дизель-генератором

Моделирование асинхронного двигателя с аварийным дизель-генератором

Рисунок 5- Модель асинхронного двигателя с аварийным дизель-генератором Схема, состоящая из и моторного груза имеющего сопротивление (ASM)...

Асинхронный двигатель с фазным ротором

7. Построение характеристик асинхронного двигателя

...

Выбор электродвигателей, трансформаторных подстанций и компенсирующего устройства технологических установок добычи нефти

3. Расчет и построение механических характеристик асинхронного двигателя

Скважина №2 Выбираем двигатель 4А180М4 с техническими характеристиками, приведёнными в таблице 4. Таблица 4 Тип погружного двигателя Pном nном КПД Коэффициент мощности cosцном Iпуск/Iном Mпуск/Mном Mmax/Mном Uном 4А180М4 30 1470 0,91 0,9 7 1...

Модернизация силовой электрической части плавучей перекачивающей насосной станции

7. Моделирование переходных процессов в MatLab

Построение переходных процессов осуществлялось в программе MatLab, приложение SimPowerSystems и Simmulink. В качестве асинхронного электропривода взят блок Asynchronous Machine, с короткозамкнутым ротором...

Проект консольно-вертикально фрезерного станка с разработкой привода вращательного движения шпинделя и конструкции шпиндельного узла

5.3 Моделирование динамики привода в пакете DYNAR

При моделировании динамики привода в пакете DYNAR в диалоговом окне вводятся общие сведения и исходные данные о топологической схеме привода. В рассматриваемом примере общие сведения и исходные данные приведены на рисунках 5.5, 5.6, 5.7, 5.8: Рисунок 5...

Проект консольно-вертикально фрезерного станка с разработкой привода вращательного движения шпинделя и конструкции шпиндельного узла

6.4 Моделирование динамики шпинделя в пакете SPINCH

При моделировании динамики шпинделя в пакете SPINCH в диалоговом окне вводятся общие сведения и исходные данные о топологической схеме шпинделя. В рассматриваемом примере общие сведения и исходные данные приведены на рисунках 6.4-6.8: Рисунок 6...

Проектирование электропривода тепловизионной системы сопровождения

1.5 Расчет параметров матмодели исполнительного двигателя и статических характеристик.

Поведение двигателя постоянного тока в динамике описывается системой дифференциальных уравнений, из которых одно является уравнением равновесия напряжения на двигателе, другое - уравнение равновесия моментов...

Разработка автоматической системы регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока на переносной машине для поперечной резки труб "Сателлит-24В"

Оптимизация параметров регулятора в пакете Simulink входящий в программу MatLab 6.5

Simulink - это интерактивная система для анализа линейных и нелинейных динамических систем. Это графическая система настроенная на использование "мыши”...

Разработка и расчет схемы автоматизированного электропривода прессовой секции бумагоделательной машины от индивидуального преобразователя

4.4 Моделирование разработанной системы в среде MatLab

Рис. 4.4.1 Структурная схема автоматизированного электропривода в MatLab Схема автоматизированного электропривода в MatLab аналогична схеме, представленной на рис. 4.3.1 , это говорит о том...

Разработка регулятора для лабораторного стенда

Моделирование системы в программном пакете Matlab

ПИД ПИ Ротач В.Я. Циглер-Никольс CHR Ротач В.Я...

Разработка электропривода моталки для свертывания металлической полосы в рулоны

5 Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Определим номинальный момент двигателя: Статическая механическая характеристика привода при частотно-токовом управлении, в области скольжений меньше 1,5 Sном описывается следующей зависимостью:...

Разработка электропривода прокатного стана холодной прокатки

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Все расчеты будут проведены для одного двигателя исходя их тех предположений, что напряжение распределяется по якорным обмоткам равномерно, ток общий, момент- одинаковый. Нагрузка на один двигатель принимается половиной от общей...

Система автоматического управления интенсивностью пеносъема на флотационной машине ФПМ-16 секции никелевой флотации НОФ

7. Имитационное моделирование контура регулирования в MatLab

Задачей имитационного моделирования системы автоматического управления является проверка правильности работы системы управления...

Электропривод фрикционного бездискового пресса

5. Расчет статических механических и электромеханических характеристик двигателя и привода

Для асинхронного двигателя статическая механическая характеристика строится по следующей формуле: ; где . Данные по расчету приведены в таблице 5.1, а механическая характеристика на рисунке 5.1...

prod.bobrodobro.ru