Гребнев А.О., Лутцев Д.С.
ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЧАСТОТНОГО ПРИВОДА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ *
Аннотация:
в работе создана математическая модель частотного привода управления трехфазным асинхронным двигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором. Продемонстрированы его основные части и описан принцип работы. Данная модель служить основой для создания сложных систем управления скоростью асинхронных двигателей в промышленности, например, для конвейерных лент, вентиляторов и насосов. была повышена производительность производства
Ключевые слова:
частотный привод, инвертор, преобразователь частоты matlab simulink
УДК 681.518
Гребнев А.О.
бакалавр кафедры института МПСУ
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
(г. Зеленоград, Россия)
Лутцев Д.С.
бакалавр кафедры ХТКиО факультета ТНВиВМ
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева
(г. Москва, Россия)
ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННОЙ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЧАСТОТНОГО
ПРИВОДА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
Аннотация: в работе создана математическая модель частотного привода управления трехфазным асинхронным двигателем переменного тока с короткозамкнутым ротором. Продемонстрированы его основные части и описан принцип работы. Данная модель служить основой для создания сложных систем управления скоростью асинхронных двигателей в промышленности, например, для конвейерных лент, вентиляторов и насосов. была повышена производительность производства.
Ключевые слова: частотный привод, инвертор, преобразователь частоты matlab simulink.
На текущем этапе развития производства одним из ключевых направлений считается создание или совершенствование имеющихся автоматизированных процессов, основанных на микроэлектронной технике.
Существенным отличием современного этапа в развитии производства является широкомасштабная автоматизация технических процессов на предприятиях с использованием передовых технических средств на основе микроэлектроники.
В свете эволюции технологий и повышения точности производства возрастают требования к точности и скорости вычислений, обработки и анализа информации. Внедрение автоматизированных систем управления в технологические процессы производства (АСУ ТП) и их оптимизация становятся особенно важными для достижения более быстрого и точного управления.
С учетом этого разработка математической модели частотного привода асинхронного двигателя становится актуальной задачей в контексте автоматизации производства. Глубокое исследование этих процессов и последующая их модернизация в будущем позволят существенно сократить расходы, повысить эффективность и расширить функциональные возможности.
Модель частотного привода.
Математическая модель частотного привода в приложении Matlab simulink
Виртуальная (имитационная) модель частотного привода асинхронного двигателя (рис. 1) предназначена для изучения статических и динамических характеристик данной системы
1 Состав математической модели.
Дана модель состоит из инвертора напряжения с источником питания и широтно-импульсной модуляцией рисунок 2 и Преобразователя частоты на рисунке 3
Рисунок 1. Математическая модель частотного
привода асинхронного двигателя.
Рисунок 2. Инвертора напряжения.
Рисунок 3. Преобразователя частоты.
Состав данной математической модели:
2 Параметры трехфазный асинхронного электродвигатель.
Была выбрана Модель асинхронного двигателя АИР100S4. Ее параметры берутся из паспортных данных и частично рассчитываются по приведенным ниже выражениям.
|
, кВт |
,В |
% |
, кГ∙ |
|
||||
|
3,0 |
380 |
50 |
1500 |
0,81 |
82 |
5.1 |
0,021 |
6.8 |
Определяем номинальное значение тока статора
Определяем активное сопротивление обмотки статора
Определяем приведенное активное сопротивление обмотки ротора
Определяем индуктивности рассеяния обмоток статора и ротора
Определяем индуктивность цепи намагничивания
Определяем коэффициент вязкого трения
Здесь номинальная частота вращения
Определяем суммарный момент инерции двигателя
и исполнительного механизма.
Вычисленные параметры заносятся в настройки. Асинхронный двигатель запитан от источника питания.
3 Управление частотным приводом и его испытания.
Регулирование величины частоты вращения двигателя производится путем изменения параметров трехфазного инвертора и преобразователя частоты (изменения частоту синусоидальных колебаний, которые отличаются друг от друга на 120 градусов на Sine Wave Sine, Wave 1, Sine Wave 2, а также изменения напряжения). Изменение момента нагрузки двигателя производится путем регулирования времени и величины скачка нагрузки (блок MechanicalLoad).
На данной модели представлен ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока, получающий напряжение от источника переменного напряжения.
ПЧ подключен к АД с короткозамкнутым ротором (КЗР) АИР100S4. Управление в данной схеме производится в преобразователе частоты. В ней формируется управляющий широтно-импульсный сигнал, который поступает на автономной инвертор напряжения (АИН) и таким образом происходит управление амплитудой и частотой напряжения на выходе АИН, следовательно, и на обмотке статора от КЗР.
С помощью модели, далее на рисунках представлена графики системы.
на рис. 4 представлена осциллограмма напряжения на выходе из инвертора напряжения.
Далее на рисунке 5 представлены момент, скорость и токи двигателя. значение которых представлено в каждой фазе. Электромагнитный момент двигателя носит колебательный характер, что приводит к ухудшению пусковых свойств двигателя и является недостатком асинхронного двигателя.
Рисунок 4. Осциллограмма, снятая с датчика выходного напряжения модели.
Рисунок 5. График скорость и токи двигателя.
Рисунок 6. Выходные токи.
На рисунке 4 показаны графики трехфазных модулирующих ШИМ-сигналов для инвертора, скорость двигателя и момент. Повышение частоты модулирующих сигналов хорошо заметно. Кроме того, в рисунке 3.5, а также 3.6 представлены токи статора. Характеристики первоначально обладают прямолинейный вид, до тех пор, пока никак не установятся на пиковом значении при 50 Гц. Правый верхний график показывает скорость ротора. Сначала скорость двигателя возрастает с нулевой отметки и также никак не существенно превосходит номинальную скорость, он испытывает некоторые переходные процессы и затем стабилизируется до стабильного уровня в течение нескольких миллисекунд.
И далее на нижнем правом рисунке показан электромагнитный момент модели.
Описана и смоделирована концепция частотного привода асинхронного двигателя дозволяющая довольно четко описать процессы, проходящие в системе. Как видим, компьютерное модели дает возможность исследовать воздействие разных характеристик, позволяет анализировать влияние различных параметров на статические и динамические характеристики системы электропривода, оценивать ее устойчивость.
Данная модель системы частотного привода асинхронного двигателя правдиво отражает поведение системы в номинальных режимах.
Исследование модели асинхронного двигателя в MatlabSimulink
После настройки всех параметров произведем снятие характеристик изменяемой Мс. Были произведены замеры при частоте 100 80 50 40 30 20 и 10 Гц. При этих значениях была получена скорость асинхронного двигателя. Представленная в таблице 1.
Таблица 1. Результаты моделирования при U/f = const регулирования.
|
f , Гц |
Мс, Н*м |
V, об/мин |
|
100 |
0 |
2900 |
|
5 |
2796 |
|
|
80 |
0 |
2280 |
|
5 |
2200 |
|
|
50 |
0 |
1414 |
|
3 |
1390 |
|
|
5 |
1360 |
|
|
40 |
0 |
1141 |
|
3 |
1102 |
|
|
5 |
1072 |
|
|
30 |
0 |
855 |
|
2 |
830 |
|
|
4 |
800 |
|
|
20 |
0 |
569 |
|
2 |
540 |
|
|
4 |
508 |
|
|
10 |
0 |
282 |
|
1 |
266 |
По данным таблицы строятся механические характеристики рис. 7 и 8.
Рисунок 7. Механическая характеристика для различных
частот при регулировании по скорости.
Рисунок 8. Модельная характеристика АД.
Исходя из графиков и таблиц, представленных выше, можно сделать вывод что, изменяя момент вала на двигателе, частота вращения двигателя изменяется в незначительном диапазоне.
Исходя из все вышеописанного можно сказать, что, изменение частоты питания и амплитуды напряжения при помощи частотного привода асинхронного двигателя, позволяет контролировать скорость вращения вала, но при этом нужно регулировать и напряжение для поддержания величины потока в двигателе. Подобным способом при помощи частотно регулируемого возможно осуществлять контроль скорости электродвигателя.
Вывод.
В данной работе произведен анализ управления и регулирования скорости асинхронного двигателя, а также создана математическая модель его частотного привода с использованием программы MATLAB. В ней представлены испытания модели с измерением скорости при различных частотах и графическое отображение ее механических характеристик. Были проведены анализ литературы, изучение конструкции асинхронного двигателя и частотного привода, анализ методов частотного управления, построение математической модели частотного привода с использованием IGBT-транзисторов и проведение исследований режимов работы частотного привода.
Основной результат работы – разработка модели частотного привода АД с ШИМ U/f регулированием, которая может служить основой для создания сложных систем управления скоростью асинхронных двигателей в промышленности, например, для конвейерных лент, вентиляторов и насосов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №1 (70) том 4
Ссылка для цитирования:
Гребнев А.О., Лутцев Д.С. ИСПЫТАНИЯ И АНАЛИЗ РАЗРАБОТАННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЧАСТОТНОГО ПРИВОДА АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ // Вестник науки №1 (70) том 4. С. 819 - 831. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/12719 (дата обращения: 17.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+