Характеристики асинхронных двигателей в mathcad

Совершенствование методики обработки данных асинхронных электродвигателей в учебной САПР

Авторы: В. А. Павлюков, В. С. Рудов
Источник: Павлюков, В. А. Применение САПР для учебного проектирования распредустройств электростанций и подстанций / В. А. Павлюков, С. Н. Ткаченко, А. В. Коваленко // Актуальные проблемы электроэнергетики сборник научно-технических статей: посвящается 80-летию со дня рождения проф. С. В. Хватова. Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева; Образовательно-научный институт электроэнергетики. 2018. – С. 273-278.

Предложен более совершенный алгоритм передачи исходных данных и параметров эквивалентных схем замещения глубокопазных асинхронных двигателей системы собственных нужд ТЭС между MathCad-программой расчета этих параметров и разделом символьной базы данных учебной САПР электрической части электростанций. Алгоритм реализован на внутреннем алгоритмическом языке MS Excel – VBA.

Для моделирования электромеханических переходных процессов (пуски и самозапуски электродвигателей) в системах собственных нужд ТЭС на кафедре Электрические станции ДонНТУ разработана методика их моделирования с использованием одноконтурной эквивалентной схемы замещения (ЭСЗ) с зависимыми от скольжения параметрами цепи ротора (рис. 1) [1]. Она основана на минимизации отклонений исходных и расчетных данных пусковых характеристик токов статора и вращающего момента в точках скольжения, соответствующих заторможенному ротору (s = 1). максимальному моменту (Sкр). номинальному режиму (Sн) и одной или нескольким промежуточным точкам (Sпр) из диапазона скольжений [0;1].

Для расширения возможностей аппроксимации исходных пусковых характеристик АД его ротор будем представлять двумя эквивалентными прямоугольными пазами: отдельно для активной и отдельно д.ля индуктивной составляющих сопротивлений ротора. При этом оптимизируемыми параметрами ротора становятся: Rrn и Хrn – его активные и индуктивные сопротивления при номинальном скольжении, hr и hx – высоты пазов ротора соответственно по активной и индуктивной составляющей сопротивлений, а также аr и ах – лобовые части обмоток ротора соответственно по активной и индуктивной составляющих его сопротивления.

Дополнив их индуктивным сопротивлением цепи намагничивания, получим вектор искомых параметров одноконтурной ЭСЗ АД (Z), состоящим из 7 параметров.

Рисунок 1 – Схема замещения АД с одним контуром на роторе

Изначально методика была реализована в программе расчета, созданной в среде пакета MathCad. В ней исходные данные электродвигателей заносятся в матрицу AD. Затем последовательно для каждого из АД выполняются расчеты параметров ЭСЗ и результаты расчетов записываются в туже матрицу AD.

В качестве примера для одного из АД привода ПЭН блока 300 МВт на рисунках 2 и 3 приведены исходные (точки) и расчетные пусковые характеристики тока статора и вращающего момента.

В структуре информационного обеспечения учебной системы автоматизированного проектирования (УСАПР) кафедры, созданного в среде электронной таблицы MS Excel, первоначально передача исходных данных и параметров ЭСЗ АД из MathCad в электронную таблицу производилась через файл обмена данных (*.prn). При этом требовалось дополнительная обработка этого файла путем удаления в нем служебных строк, преобразования одной строки данных в таблицу с последующим выравниванием колонок таблицы в редакторе Visual Lisp. Это требовало дополнительны трудозатрат и опыта работы студентов в разнородных программных продуктах.

В предлагаемом варианте исходные данные асинхронных двигателей вначале заносятся построчно на лист AD книги электронной таблицы Электродвигатели переменного токa.xls (рис. 4). Для расчета параметров ЭСЗ одного из АД вначале его исходные данные из і-той стоки по команде Запись данных для расчета по выбранному АД передаются в фиксированную группу ячеек третьей строки. Затем в MathCad эти данные считываются из этой строки и производится расчет параметров ЭСЗ.

По завершении расчета параметры ЭСЗ АД записываются штатными средствами интерфейса MathCad в промежуточный файл электронной таблицы resalts.xls

Рисунок 2 – Расчетная зависимость тока статора от скольжения АД привода ПЄН блока 300 МВт

Рисунок 3 – Расчетная зависимость вращающего момента от скольжения АД привода ПЭН блока 300 МВт

В электронной таблице с помощью команды Импорт полученных результатов из файла данные ЭСЗ импортируются из промежуточного файла results.xls в раздел Результаты расчета в строку, соответствующую обрабатываемому АД. Программа, реализующая описанную выше обработку данных, написана на внутреннем алгоритмическом языке MS Excel VBA (Visual Basic for Application).

Рисунок 4 – Технология обработки данных АД в УСАПР

Расчет статических и динамических характеристик асинхронного электропривода

Расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя; мощности, потребляемой из сети. Построение механической и энергомеханической характеристик при номинальных напряжении и частоте. Графики переходных процессов при пуске асинхронного двигателя.

• посмотреть текст работы

• скачать работу можно здесь

• полная информация о работе

• весь список подобных работ

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/

Содержание

Введение

1. Содержание курсовой работы

2. Задание на курсовой проект

3. Расчет параметров Г-образной схемы замещения

4. Расчет мощности, потребляемой из сети

5. Расчет характерных точек механической характеристики

6. Построение механической и энергомеханической характеристик при номинальных напряжении и частоте

7. Выбор закона регулирования в зависимости от заданной характеристики момента нагрузки

8. Построение механических характеристик при выбранном законе регулирования

9. Скалярное управление скоростью асинхронного двигателя

Литература

Введение

Курсовая работа является итоговой при изучении курса «Электропривод переменного тока». Курсовая работа выполняются на ПЭВМ с использованием пакета MathCad и пакета моделирования динамических систем Simulink, являющегося составной частью среды Matlab. Моделирование асинхронного двигателя при частотном управлении предполагает использование специализированных библиотек пакета Simulink — SimPowerSystem Toolbox.

Перед выполнением работы необходимо ознакомиться с теоретическими сведениями, уяснить суть работы. На основании варианта исходных данных рассчитать параметры схемы замещения асинхронного двигателя, мощность, потребляемую из сети, характерные точки механической характеристики. Построить механическую и энергомеханическую характеристики при номинальных напряжении и частоте. Выбрать закон регулирования в зависимости от заданной характеристики момента нагрузки. Построить механические характеристики при выбранном законе регулирования . Исследовать переходные процессы в системе преобразователь частоты — асинхронный двигатель, при скалярном управлении.

При защите курсовой работы необходимо знать ее содержание и соответствующие разделы курса «Электропривод переменного тока».

Варианты заданий для выполнения курсовой работы приведены в приложении 1.

Методические указания к выполнению курсовой работы «Расчет статических и динамических характеристик асинхронного электропривода»

Целью курсовой работы является углубление знаний, полученных на лекциях, лабораторных и практических занятиях, а также подготовка к дипломному проектированию.

В качестве темы курсовой работы выбран электропривод переменного тока с асинхронным электродвигателем.

Методические указания содержат практические рекомендации по выполнению задания на курсовую работу, необходимые справочные материалы, а также требования к содержанию и оформлению проекта.

1. Содержание курсовой работы

Курсовая работа состоит из пояснительной записки на 20-25 страницах.

Содержание пояснительной записки:

расчет параметров схемы замещения асинхронного двигателя,

расчет мощности, потребляемой из сети,

расчет характерных точек механической характеристики,

построение механической и энергомеханической характеристик при номинальных напряжении и частоте,

выбор закона регулирования в зависимости от заданной характеристики момента нагрузки,

построение механических характеристик при выбранном законе регулирования ,

скалярное управление скоростью:

§ структурная схема системы преобразователь частоты — асинхронный двигатель,

§ расчёт положительной обратной связи по току,

§ расчёт П-регулятора скорости,

§ расчёт ПИ-регулятора скорости,

§ графики переходных процессов при пуске асинхронного двигателя и набросе момента нагрузки в установившемся режиме работы,

§ определение статической ошибки регулирования скорости при набросе момента нагрузки в установившемся режиме работы.

2. Задание на курсовой проект

асинхронный двигатель напряжение частота

Рассчитать статические и динамические характеристики асинхронного электропривода. Варианты исходных данных приведены в приложении 1.

3. Расчет параметров Г-образной схемы замещения

Все двигатели, приведенные в приложении 1, рассчитаны на напряжение питающей сети: фазное напряжение В, линейное напряжение В. Номинальная частота тока Гц. Число фаз .

В приложении 1 даны следующие параметры асинхронных двигателей.

§ — номинальная мощность на валу, кВт;

§ — сдвиг по фазе в номинальном режиме,

§ — момент инерции двигателя, кГм 2 ,

Параметры Г-образной упрощенной схемы замещения приводятся в относительных единицах:

§ — активное сопротивление статора,

§ — индуктивное сопротивление рассеивания статора,

§ — активное сопротивление ротора,

§ — индуктивное сопротивление рассеивания ротора,

§ — индуктивное сопротивление намагничивающего контура.

Параметры Г-образной схемы замещения даны в относительных единицах. Для их перевода в абсолютные единицы необходимо определить номинальный ток и базовое сопротивление:

С учетом формулы (2.2) параметры Г-образной упрощенной схемы замещения в абсолютных единицах определятся:

Цель работы:

— Научиться использовать ПО для создания графиков

— Получить навыки оформления графиков в соответствии со стандартами.

Теоретическое введение:

Одним из способов построения естественной механической характеристики двигателя является использование упрощённой формулы Клосса. Эта формула

основании Г-образной схемы замещения АД с рядом допущений.

асинхронного выведена на

Следует иметь в виду, что формулы Клосса, достаточно точно описывают механические характеристики АД с фазным ротором. В к.з. АД, выпускаемых обычно с относительно глубокими пазами в роторе, либо с двойной клеткой ротора, имеется в той или иной степени явление вытеснения тока в стержнях ротора. Поэтому их параметры непостоянны и механические характеристики значительно отличаются от от характеристик, рассчитанных по формулам Клосса. Однако, эти формулы благодаря своей простоте позволяют выполнять многие расчеты и делать общие заключения о свойствах и работе АД. В тех же случаях, когда необходима большая точность, должны использоваться экспериментально снятые механические характеристики. У некоторых к.з. двигателей при малых скоростях механическая характеристика имеет провал,(см. рис.), вызванный влиянием высших гармоник поля, с чем следует считаться при пуске двигателя под нагрузкой [1].

Используя графопостроители или табличный процессор построить и оформить в соответствии со стандартами графики следующих характеристик:

— Рабочих характеристик: I, P 1 , n, η, cosφ = f(P 2 )

1. Построение механических характеристик по формуле Клосса

Построим механическую характеристику двигателя, используя формулу Клосса:

Для построения графика есть все необходимые данные (взять из результатов выполнения лабораторной работы №1). Для построения графика потребуются:

максимальный момент: M max к = m к критическое скольжение: .

Построение графика произведём в системе компьютерной алгебры – MathCad.

Для построения, необходимо задать начальные значения переменных M max и s кр и создать пользовательскую функцию, содержащую формулу Клосса.

Оформим полученный график в соответствие со стандартом. Стандарт предусматривает наличие подписей осей, стрелок на концах осей и т.д.

1. Отформатируем график в MathCad с помощью свойств (ПКМ на графике – формат) графика. 1.1 Отобразим линии сетки. Подберём шаг сетки таким образом, чтобы выводились десятые доли момента и скольжения.

1.2 Скопируем график в программу MS Paint. Дорисуем стрелки и переподпишем оси.

1.3 Нанесём на график справочные данные:

• номинальный момент М ном ,

• номинальное скольжение s ном ,

• критическое скольжение s кр ,

• максимальный момент M max ,

• пусковой момент M пуск

Рисунок – механическая характеристика, построенная по формуле Клосса

формуле Клосса оно получается ном = 0,12 .

Следует отметить, что данные полученные с такой характеристики немного различаются со

справочными. Так номинальное скольжение по справочнику

, а при расчёте по

2. Построение механических характеристик по справочным данным

2.1 Механическую характеристику можно примерно построить по справочным данным. Для этого в MathCad’е, необходимо создать матрицу моментов и матрицу скольжений, после чего аппроксимировать полученные матрицы.

2.2 Построенная таким образом характеристика (соответственно оформленная) будет иметь вид:

Рисунок – Механическая характеристика, построенная по справочным данным

2.3 Построим токовую характеристику двигателя по справочным данным:

2.4 Оформим график тока в соответствии со стандартом

Рисунок – токовая характеристика асинхронного двигателя

2.5 Совместим механическую и токовую характеристики на одном графике (графике пусковых характеристик)

2.6 Оформим построенный график. Для каждого графика (ток и момент) необходимо построить свою координатную ось Y. Кроме этого, сами линии должны быть подписаны. Дополнительную ось, создадим в программе MS Paint копированием существующей оси.

7 Расчет и построение механической характеристики двигателя 5АН280В2

Рассчитаем и построим механическую характеристику выбранного асинхронного двигателя. Под механической характеристикой принято понимать зависимость частоты вращения ротора в функции от электромагнитного момента n = f(M). Эту характеристику можно получить, используя зависимость M = f(S) и пересчитав частоту вращения ротора при разных значениях скольжения [9, 10].

Т.к. , то , где — частота вращения магнитного поля.

Точка идеального холостого хода с координатами 0 и:

где р — число пар полюсов машины;

f — частота сети.

Точка номинальной скорости и момента с координатами и :

где — скорость вращения магнитного поля (скорость идеального холостого хода);

— номинальное скольжения, для двигателя 5AH 280 B2;

— номинальная мощность двигателя, для двигателя 5AH 280 B2 .

Точка критического момента и скольжения с координатами и :

где — номинальный момент на валу двигателя;

— перегрузочная способность двигателя в относительных единицах;

— скорость вращения магнитного поля (скорость идеального холостого хода);

— критическое скольжения, для двигателя 5AH 280 B2.

Точка пускового момента и нулевой скорости с координатами 0, :

где — кратность пускового момента в относительных единицах;

— номинальный момент на валу двигателя.

Для построения естественной механической характеристики воспользуемся программой Mathcad. Для построения характеристики необходимо ввести функцию, шаг функции. Шаг примем равным 0,0001 для получения более точной характеристики. Характеристику будем строить по функции:

где — число пар полюсов;

— число фаз двигателя;

— номинальное фазное напряжение обмотки статора;

— скольжение, в программе МАТКАД задается шагом в пределах от 0 до 1;

— частота вращения ротора на холостом ходу;

— коэффициент, связывающий параметры двигателя в Т и Г-образной схемах замещения;

— активное сопротивление фазы статора;

— активное сопротивление фазы ротора;

— реактивное сопротивление фазы статора;

— реактивное сопротивление фазы статора.

Для построения естественной механической характеристики также необходимо знать активные и реактивные сопротивления фаз статора и ротора. Рассчитаем их по следующей методике [9]:

Паспортные данные двигателя, необходимые для расчета сопротивлений:

— номинальная выходная мощность Р_2н=200 кВт,

— номинальное фазное напряжение обмотки статора U_1н=380 В,

— номинальная частота тока f₁=50 Гц,

— номинальный коэффициент полезного действия з_н= 94.3 %,

— номинальный коэффициент мощности статорной обмотки сosц=0.89,

— номинальное скольжение ротора S_н= 1.4 %,

— критическое скольжение ротора S_k= 6.3 %,

— число пар полюсов: р=1,

— скорость холостого хода: n₁=3000 об/мин,

— параметры Г-образной схемы замещения, которая представлена на рисунке 7.1, в режиме короткого замыкания в относительных единицах:

— в номинальном режиме [11]:

Рисунок 7.1 — Г-образная схема замещения

По известным паспортным данным асинхронного двигателя и параметрам Г-образной схемы замещения рассчитываются параметры Т-образной схемы замещения, которая представлена на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2 — Т-образная схема замещения

Номинальный фазный ток статора

Базисное значение сопротивления

Угловая частота тока

Реактивное сопротивление рассеяния статора в относительных единицах

Коэффициент, связывающий параметры машины в Т и Г-образной схемах замещения

Реактивное сопротивление рассеяния фазы статора

Активное сопротивление фазы статора

Реактивное сопротивление рассеяния фазы ротора

Активное сопротивление фазы ротора

После получения всех необходимых величин, вводим в программе Mathcad эти данные и строим по ним естественную механическую характеристику, которая представлена на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 — Естественная механическая характеристика асинхронного двигателя

После получения естественной механической построим искусственные механические характеристики асинхронного двигателя 5А280В2 для разных частот вращения. Как уже было сказано выше, двигатель будет управляться преобразователем частоты по закону U/f=const. При таком законе управления искусственные характеристики асинхронного двигателя проходят параллельно и ниже естественной при более низких частотах. Но критический момент при уменьшении частоты незначительно уменьшается. Это связано с тем, что при малых частотах, когда относительное падение напряжения на активном сопротивлении статора становится значимым, и поток двигателя уменьшается [12]. Чтобы этого избежать, необходимо уменьшать напряжение в меньшей степени, чем частоту. Такой способ регулирования напряжения называют IR-компенсацией. Величина IR зависит от активного сопротивления фазы статора, а так как для двигателей большой мощности (свыше 1000 кВт) эта величина очень малая, то изменением критического момента можно пренебрегать. Строить характеристики будем в программе AutoCad. Так как мы имеем естественную характеристику, то нам достаточно построить параллельные ей искусственные для скоростей ниже номинальной.

Характеристики асинхронного двигателя 5АН280В2 для разных частот приведены на рисунке 7.4 и чертеже 6.

Рисунок 7.4 — Семейство механических характеристик асинхронного двигателя 5АН280В2 при законе управления U/f=const

Делись добром 😉

• Введение
• 1. Описание объекта проектирования
• 1.1 Параметры электропитания насосной станции
• 2. Технологический процесс производства пара и место насосов воды
• 3. Техническое задание
• 3.1 Основные технические требования
• 3.2 Функции системы управления
• 4. Требования к электроприводу и выбор системы
• 5. Выбор насоса
• 6. Расчет и выбор двигателя
• 7 Расчет и построение механической характеристики двигателя 5АН280В2
• 8. Выбор преобразователя частоты и его описание
• 8.1 Программные функции преобразователя частоты EI-P7002-300H
• 8.2 Монтаж и подключение преобразователя частоты EI-P7002-300H
• 9. Программирование пульта управления преобразователя частоты

Похожие главы из других работ:

3.2 Расчёт нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма

Проанализировав технологический процесс нашего механизма, можно сделать вывод: момент нагрузки у нас постоянный, следовательно, при изменении частоты вращения двигателя наша нагрузка не изменяется. Рисунок 3.

3.1 Расчёт нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма

Технологические параметры механизма: -номинальная скорость подъёма 0,35 м/с; -максимальная высота подъёма 16,5 м; -продолжительность включения 40%. Технологический процесс представляет собой цикл, состоящий из: подъёма крюка, опускания груза.

2.4 Расчет механической характеристики выбранного двигателя, проверка двигателя

Двигатель постоянного тока SHC-4502L. Находим первую точку механической характеристики: т.к. М0 = 0, Н·м где М0 — момент холостого хода, Н·м; Определяем скорость холостого хода: (2.6) где Uн — номинальное напряжение питания.

2.4 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 16 тонн

Так как для асинхронных двигателей с фазным ротором пуск, реверс, торможение, регулирование скорости необходимо осуществлять при наложенных на ток и момент ограничениях, то.

3.1 Расчет пусковых характеристик и построение механической характеристики при переключении скоростей при грузоподъёмности 30т.

Момент переключения возьмём равным Мпер=1206 Н*м. Предельный пусковой момент Мпред =2136 Н*м Результаты расчета и построения пусковых характеристик представлены на графике.

1. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя

Все расчеты в настоящей работе выполняются в Международной Системе измерений (СИ), поэтому все внесистемные единицы из исходных данных следует пересчитать. Частоту n (об/мин) вращения коленчатого вала следует перевести в угловую скорость щ, ().

3.1 Расчет нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма

Статическая нагрузка конвейера определяется силами трения в элементах конвейера (подшипниках, опорных роликах, в тяговых элементах при его изгибах и т.д.).

1.2.3 Расчет и построение свободной характеристики двигателя

Потери мощности в моторной установке Nму определяют суммированием потерь мощности в отдельных ее системах Nму = Nво + Nвент + Nгл + Nген + Nн (7) где Nво — потери мощности в воздухоочистителе Nвент — мощность.

1.5. Расчет и построение характеристики согласования совместной работы двигателя и гидротрансформатора

Для каждой точки j строится приведенная к валу двигателя нагрузочная парабола насоса с номером j. Используется формула (24) Совокупность нагрузочных парабол, нанесенных на внешнюю характеристику двигателя.

8. Расчёт и построение механической характеристики электродвигателя. Определение время пуска и торможения электропривода

Механическая характеристика электродвигателя Мд (щ) определяется по формуле Клосса: (8.1) где S — текущее скольжение; q — параметр; Критическое скольжение, соответствующее максимальному вращающему моменту электродвигателя.

2.12 Расчет механической характеристики двигателя и зависимости пускового тока от скольжения

Расчет механической характеристики в диапазоне скольжений от 0 до критического производим по формуле Клосса. Имея значения максимального и пускового моментов и значение момента при s=0.5.

3. Построение диаграммы сил и механической характеристики

Наибольшая сила подачи стола Fmax = 10000 Н. Сила трения в шарико-винтовой паре зшвп = 0,95. Масса системы стол-деталь Mст = M · 0,1 + md , где md — наибольшая масса обрабатываемого изделия, равная 300 кг. Mст = 11,37 · 103 · 0,1 + 700 = 1,837· 103 кг. Назначаем путь.

3. Расчет и построение нагрузочной диаграммы и механической характеристики рабочей машины

Анализируя технологическую и кинематическую схему работы машины, подобно описанному выше, следует рассчитать и построить нагрузочную диаграмму рабочей машины за период одного цикла. Построим нагрузочную диаграмму пользуясь данными задания.

2. Расчет и построение внешней скоростной характеристики двигателя. Оценка приспособляемости ДВС

Эффективные показатели поршневых двигателей внутреннего сгорания расчетным путем можно определить с использованием приведенных ниже аналитических зависимостей. Эти расчеты, выполненные в предложении полной подачи топлива, дают показатели.

VIII. Расчет и построение естественной механической характеристики.

Целью расчета является расчет и построение естественной механической характеристик электродвигателя и механизма подъёма мостового крана. Исходными данными являются технические данные выбранного электродвигателя МТН 512-6.