Моделирование АД в Matlab

Рисунок 6.9 – Механическая характеристика после редактирования осей

 

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].

Рабочие характеристики снимают при увеличении нагрузки от холостого хода до 1.3 номинальной. Опыт производится аналогично пункту 6.4.5 при параметрах номинального режима. Скорость нарастания нагрузки в блоке  α•М2 должна быть 0.15•М_н.

Запустить систему на моделирование, при нагрузке более 1.3 от номинальной (показания контролировать на цифровом дисплее «n, M») остановить модель. Открыв блок «Построение рабочих характеристик» получить снятые характеристики (рисунок 6.10) и сохранить их на диске как рисунок.

Рисунок 6.10 - Рабочие характеристики

 

Повторить опыт, сняв одну точку при нагрузке М₂=0.5ּМ_н. Для этого необходимо переключить блок Klych в верхнее положение и в блоке М2 установить значение равное 0.

Запустить систему на моделирование, после разгона двигателя до холостого хода открыть блок М2 и установить в нём заданную нагрузку. В установившемся режиме снять показания: n, M2, P1, I1 и по этим данным рассчитать рабочие характеристики при заданной нагрузке по формулам:

,

,

,

,

к входной мощности добавляется  мощность потерь в стали р_сm1, так как в модели она не учитывается.

 

6.4.7 Снятие искусственных  механических характеристик

Характеристики, не соответствующие номинальным значениям напряжения и частоты тока питающей сети, а также при наличии сопротивлений в цепях обмоток называют искусственными [6].

Во всех опытах ключ Dinamika в нижнем положении.

 

6.4.7.1 Снять естественную  и искусственные характеристики при трёх значениях U₁ и построить их в одних осях. Естественная характеристика снимается при U₁= U_1н. Для снятия искусственных характеристик необходимо задать напряжение U₁< U_1н, открыв блок «Ввод данных», при этом на экране появится меню (рисунок 5.12). Нажав кнопку «Амплитуда фазного напряжения (V, B)» в окне команд MATLAB появится приглашение ввести новое значение напряжения, следует ввести его и нажать «Enter» (рисунок 6.11), по завершении ввода данных нажать «Выход».

 

 

Рисунок 6.11 - Приглашение ввести новое значение напряжения в окне команд MATLAB

 

Опыт проводить по методике пункта 6.4.5 при значениях  напряжения 0.5U_1н , 0.75U_1н и U_1н, снятие характеристики в генераторном режиме не производить. Результаты представлены на рисунке 6.12.

Рисунок 6.12 - Механические характеристики при трёх значениях U₁

 

6.4.7.2 Снять естественную  и искусственные характеристики  при трёх значениях f₁ и построить их в одних осях. Для снятия характеристик необходимо задать через меню ввода данных частоту равную 0.7f_1н, f_1н и 1.3f_1н. Методика снятия характеристик аналогична пункту 6.4.7.1. Результаты представлены на рисунке 6.13.

Рисунок 6.13 - Механические характеристики при трёх значениях f₁

6.4.7.3 Снять естественную  и искусственные характеристики  при трёх значениях f₁ и , построить их в одних осях. Для снятия характеристик необходимо задать через меню ввода данных значения частот тока 0.5f_1н при напряжении 0.5U_1н , 0.75f_1н при напряжении 0.75U_1н и f_1н при напряжении U_1н так, чтобы сохранялось условие . Методика снятия характеристик аналогична пункту 6.4.7.1. Результаты представлены на рисунке 6.14.

Рисунок 6.14 - Механические характеристики при трёх значениях  частоты f₁ и

 

6.5 Изучение двигателя с фазным ротором

 

Описание принципа действия, устройства, способов пуска и регулирования  скорости приведено в разделе 2.

 

6.5.1 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 фазным ротором: «C:\MATLAB6p5\work\AD\AFR\AFR.mdl». На экране появится схема модели  лабораторной работы для исследования асинхронного двигателя с фазным ротором, представленная на рисунке 6.15.

Рисунок 6.15 - Схема модели лабораторной работы для исследования двигателя с фазным ротором

 

Схема аналогична схеме  двигателя с короткозамкнутым ротором, отличием является блок AD, в настройках которого указан фазный ротор и наличие блоков добавочного сопротивления R_{2_dobav} в каждой фазе ротора.

 

6.5.2 Ввод данных в  модель

Данные исследуемого двигателя для своего варианта (таблицы  П4 и П6) необходимо ввести в модель, для этого необходимо дважды щёлкнуть левой кнопкой мыши по блоку асинхронной машины AD и в открывшемся окне ввести данные двигателя. В качестве примера использован двигатель 4АНК160М4У3.

6.5.3 Пуск при заданном  пусковом сопротивлении

Воспользовавшись блоком «Ввод данных», в меню установить добавочное пусковое сопротивление для своего варианта (таблица П6). Это сопротивление обеспечивает пуск двигателя при значении пускового момента, равного 0.85 от критического.

Блок Klych и Dinamika установить в верхнее положение, открыть блок М2 и 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», в графическом  окне Figure построится динамическая механическая характеристика пуска двигателя (рисунок 6.16). Если необходимо, вызвать редактор свойств осей и изменить пределы осей X и Y до удобных. Сохранить характеристику как рисунок в предварительно созданной папке на диске. Окно с характеристикой закрыть. Открыв блок «n, M, I1=f(t)» просмотреть переходные процессы скорости, момента и тока статора во времени (рисунок 6.17). Скопировать в буфер активное окно, т.е. окно 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 6.16 - Динамическая механическая характеристика двигателя  при пуске без нагрузки с пусковым сопротивлением

Рисунок 6.17 - Переходные процессы скорости, момента и тока статора при пуске без нагрузки с пусковым сопротивлением

 

6.5.4 Снятие естественной  механической характеристики

Воспользовавшись блоком меню «Ввод данных», установить добавочное сопротивление равное 0. Блок Klych и Dinamika переключить в нижнее положение. В блоке α•М2 задать скорость нарастания нагрузки в графе Slope равной 0,15•М_н.

Запустить систему на моделирование, выполнение проводить  аналогично пункту 6.4.5.

Рисунок 6.18 - Механическая характеристика АД во всех режимах работы

 

6.5.5 Построение естественных рабочих характеристик

 

Рабочие характеристики снимают при увеличении нагрузки от холостого хода до 1.3 номинальной.

Опыт производится аналогично пункту 6.5.4. Запустить систему на моделирование, при нагрузке более 1.3 от номинальной остановить модель. Открыв блок «Построение рабочих характеристик», получить снятые характеристики (рисунок 6.19) и сохранить их на диск как рисунок.

Повторить опыт, сняв одну точку при нагрузке М₂=0.5ּМ_н аналогично пункту 6.4.6.

 

Рисунок 6.19 - Рабочие характеристики

 

6.5.6 Снятие искусственных  механических характеристик

Во всех опытах ключ Dinamika в нижнем положении.

 

6.5.6.1 При разном значении U₁

Снять естественную и  искусственные характеристики при  трёх значениях U₁ и построить их в одних осях. Естественная характеристика снимается при U₁= U_1н. Для снятия искусственных характеристик необходимо задать напряжение U₁< U_1н, открыв блок «Ввод данных», при этом на экране появится меню (рисунок 5.12). Нажав кнопку «Амплитуда фазного напряжения (V, B)» в окне команд MATLAB появится приглашение ввести новое значение напряжения, следует ввести его и нажать «Enter» (рисунок 6.11), по завершении ввода данных нажать «Выход».

Опыт проводить по методике пункта 6.4.5 при значениях  напряжения 0.5U_1н , 0.75U_1н и U_1н, снятие характеристики в генераторном режиме не производить. Результаты представлены на рисунке 6.20.

Рисунок 6.20 - Механические характеристики

при трёх значениях U₁

 

6.5.6.2 Снять естественную  и искусственные характеристики  при трёх значениях добавочного сопротивления в цепи ротора и построить их в одних осях. Для снятия характеристик необходимо ввести через меню ввода данных добавочное сопротивление равное 0, R_2пуск и 0.5 R_2пуск. Методика снятия характеристик аналогична пункту 6.5.6.1. Результаты представлены на рисунке 6.21.

 

Рисунок 6.21 - Механические характеристики при трёх значениях R_2доб

 

6.5.6.3 Снять естественную  и искусственные характеристики  при трёх значениях U₁ и R_2доб, и построить их в одних осях. Для снятия характеристик необходимо задать через меню ввода данных R_2доб = 0 при U₁= U_1н , R_2доб = R_2пуск при напряжении 0.8U_1н и R_2доб = 0.5R_2пуск при напряжении 0.9U_1н. Методика снятия аналогична пункту 6.5.6.1. Результаты представлены на рисунке 6.22.

Рисунок 6.22 - Механические характеристики при трёх значениях R_2доб и U_1н

7 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

 

В ходе разработки виртуальных  лабораторных работ возникла необходимость  в дополнительных программах. Эти  программы написаны на встроенном в MATLAB языке программирования, который носит название

М-язык. Программы написаны в специальном редакторе М-программ, окно которого изображёно на рисунке 7.1.

 

Рисунок 7.1 - Окно редактора М-программ

 

Как уже было сказано  в разделе 5, в схеме имеются специальные блоки «Ввод данных», «Построение механической характеристики» и «Построение рабочих характеристик», при открытии которых вызываются необходимые программы. Назначение этих блоков понятно из их названия и также описано в пункте 5.

Блок «Ввод данных» использует программу «AKZ_menu.m» или «AFR_menu.m», в зависимости от исследуемого двигателя с короткозамкнутым или фазным ротором.

Данная программа позволяет  ввести в блоки схемы необходимые  данные, и основана на условии выбора одной из предложенных позиций. При  выборе, какой либо позиции предлагается ввести значение необходимой величины, которое впоследствии вводится в параметры блока в схеме, тем самым позволяет избежать многократного процесса изменения значения это величины, если она используется несколькими блоками.

Блок «Построение механической характеристики» использует программу «n_f_M.m». Данная программа отвечает за построение механической характеристики. Она считывает данные вектора скорости и момента, формирует графическое окно Figure, название характеристики, оси и подписи осей и в полученном окне строит механическую характеристику.

 Блок «Построение  рабочих характеристик» использует программу «Rabochiе.m». Программа аналогична выше описанной, считывая данные входной и выходной мощности, тока статора, скольжения, КПД и коэффициента мощности она выполняет построение рабочих характеристик в графическом окне Figure..

Для упрощения расчёта  данных для двигателя написана следующая  программа «Raschet_Dvigok.m». Эта программа реализует переход от параметров Г-образной схемы замещения к Т-образной и рассчитывает параметры необходимые для моделирования.

Код программ приведён в приложении.

 

 

 

 

 

 

 

 

8 РАСЧЕТ ЗАТРАТ НА  РАЗРАБОТКУ ПРОГРАММНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО  ОБЕСПЕЧЕНИЯ (ПМО)

 

8.1 Исходные данные

 

• количество форм переменной входной информации –два;
• сложность алгоритма – три;
• количество форм выходной информации – два;
• степень новизны комплекса задач – В;
• сложность алгоритма – три;
• объём входной информации – до 50000 документострок;
• сложность организации контроля входной информации – 11;
• сложность организации контроля выходной информации – 22;
• использование стандартных типов проектов и моделей – 25 %;
• проект разрабатывается с учётом обработки информации в режиме работы в реальном времени.

 

8.2 Определение затрат времени на разработку (ПМО) по стадиям проектирования

Расчёт произведён по литературе [8] и данные сведены в таблице 8.1.

 

Таблица 8.1 - Определение затрат времени на разработку программного обеспечения по стадиям разработки проекта

 

Стадия Разработки Проекта	Затраты времени		Поправочный коэффициент		Затраты времени с  учётом ПК, дней
	Значение, дней	Осно-вание	Значение	Основание