Модель установившегося режима и эквивалентная схема асинхронного двигателя полезна для изучения характеристик машины в установившемся режиме. Это подразумевает, что все электрические переходные процессы игнорируются во время изменений нагрузки или частоты статора. Такие вариации возникают при применении с приводами с переменной скоростью. Приводы с регулируемой скоростью представляют собой преобразователь, питающийся от конечных источников, в отличие от вспомогательных источников, из-за ограничений номинальных характеристик переключателей и размеров фильтров. Это приводит к их неспособности обеспечить большую переходную мощность. Следовательно, нам необходимо оценить динамику приводов с переменной скоростью, питаемых от преобразователя, чтобы оценить адекватность переключателей преобразователя и преобразователей для заданного числа двигателей и их взаимодействие для определения отклонений токов и крутящего момента в преобразователе и двигателе.

B. Эквивалентная схема асинхронного двигателя.

Уравнения напряжения и крутящего момента, которые описывают динамическое поведение асинхронного двигателя, меняются во времени. Он успешно используется для решения таких дифференциальных уравнений и может включать некоторую сложность. Смена переменных может быть использована для уменьшения сложности этих уравнений путем исключения всех нестационарных индуктивности, обусловленные электрическими цепями в относительном движении, из уравнений напряжения машины[1,2,3,4]

Рис. 1 Схема замещения d_q0 асинхронного двигателя

На рисунке выше показана эквивалентная схема d_q0 асинхронного двигателя. Схема содержит различные изменяющиеся во времени индуктивности, которые должны быть смоделированы для анализа динамических характеристик 3-фазного асинхронного двигателя.

3. Модель асинхронного двигателя

A. Обобщенная концепция в произвольной системе отсчета.

Система отсчета очень похожа на платформы наблюдателей, поскольку каждая из платформ дает уникальное представление об имеющейся системе, а также значительно упрощает системное уравнение. Например, для целей управления желательно иметь системные переменные в виде величин постоянного тока, хотя фактические переменные являются синусоидальными. Это может быть достигнуто путем вращения системы отсчета с той же угловой скоростью, что и у синусоидальной переменной. Поскольку системы отсчета движутся с угловой скоростью, равной угловой скорости, равной угловой частоте синусоидальной подачи, так что дифференциальная скорость между ними уменьшается до нуля, в результате чего синусоидальный сигнал ведет себя как сигнал постоянного тока от систем отсчета. Таким образом, перемещая эту полосу, становится проще разработать уравнение слабого сигнала из нелинейных уравнений, поскольку рабочая точка описывается только значениями постоянного тока; это тогда приводит к линеаризованной системе вокруг рабочей точки. Таких преимуществ много от использования системы отсчета. вместо того, чтобы получать преобразование для каждой конкретной системы отсчета; выгодно получить общее преобразование для произвольной вращающейся системы отсчета. Тогда любая конкретная модель опорного кадра может быть получена путем замены соответствующей скорости кадра и положения в обобщенной эталонной модели.

Б. Трехфазное в двухфазное преобразование.

Динамическая модель асинхронного двигателя может быть получена, если изучить эквивалентность между трехфазной и двухфазной машиной. Эквивалентность основана на количестве MMF, произведенного в двухфазной и трехфазной обмотках, при равных значениях тока. Предполагая, что каждая из трехфазных обмоток имеет Ns витков на фазу и равные величины токов, двухфазная обмотка будет иметь 3/2 витка на фазу для равенства MMF. Значения MMF для осей d и q определяются разрешением трехфазной MMF вдоль осей d и q. Общий термин, число витков отменяется по обе стороны уравнений, оставляя позади текущие равенства. Трехфазные напряжения статора асинхронной машины в сбалансированных условиях можно выразить как[2,3,4]

V_a = √2V_rms sin(ωt)

V_b = √2V_rms sin(ωt — 2π/3)

V_c = √2V_rms sin(ωt + 2π/3)

Здесь V_a,V_b & V_c – три линейных напряжения.

Математическая модель асинхронных машин в MATLAB Simulink

Автор: Ansari A.A., Deshpande D.M.

Аннотация

Ansari A.A., Deshpande D.M. Исследование автоколебаний при моделировании гармонического осциллятора с использованием комплексов моделирования. Это статья демонстрирует моделирование установившийся режим работы асинхронного двигателя с помощью программы MATLAB смоделирован трехфазный асинхронный двигатель с использованием SIMULINK.

1. Ввведение

В последние годы контроль асинхронного двигателя, используемого широко в промышленности, получил большие распространенные исследовательские интересы. Индукционные моделированные машины привлекли внимание исследователей не только потому, что такие машины производятся и используются в наибольшем количестве, но и в связи с их разнообразными режимами работы как в стационарных и динамических состояниях. В системе электропривода машина является частью элементов системы управления. Динамическое поведение АM может быть описано, используя динамическую модель АM. Динамическая модель рассматривает мгновенные эффекты переменных напряжений/тока, частоты статора и вращающего момента. В этой статье динамическая модель АM получена при помощи d и q переменных в синхронном вращении.

Асинхронный двигатель — простой электрический трансформатор, магнитная схема которого отделена воздушным зазором в две относительно подвижные части, одна проведение первичной и другой вторичной обмотки. Переменный ток подается на первичную обмотку из энергосистемы, индуцирует ток в противоположной вторичной обмотки закрыта через внешний импеданс. Относительное движение между основная и вторичная структура произведена электромагнитными силами, соответствующих мощности, таким образом, перемещаемых через воздушный зазор по индукции. Существенные признаки, которые отличают асинхронную машину от другого типа электрических двигателей является то, что вторичные токи создаются исключительно по индукции, как в трансформаторе вместо того, чтобы питание от постоянного тока возбудителя или других внешних источников питания, как и в синхронных и машин постоянного тока.

2. Эквивалентная схема — параметры эквивалентной схемы асинхронного двигателя крайне важны, рассматривая продвинутые методы контроля (т.е. Векторный Контроль). Бывает, что завод-изготовитель предоставляет также неверные параметры. Наиболее распространенные способы, с помощью которых можно вручную определить параметры асинхронного двигателя должны испытать двигатель без нагрузки и с блокированным ротором.

2.1 Испытание без нагрузки.

Испытание без нагрузки, как испытание разомкнутой цепи на трансформаторе, дает информацию о возбуждении. Оно выполнено, применяя постоянное номинальное напряжение на статоре при номинальной частоте. Машина будет вращаться с почти синхронной скоростью. Это испытание производится на основе эквивалентной схемы, представленной ниже.

Выполняется следующий расчет:

2.2. Испытание блокировки ротора.

Испытание заблокированного ротора, выполняется как короткое замыкание трансформатора, предоставляет информацию об сопротивлении утечки и сопротивления ротора. Ротор остается на стенде по-прежнему, в то время как низкое напряжение на обмотках статора будет способствовать возникновению номинального тока. Необходимо измерить напряжение и мощность фазы. Поскольку нет вращения, скольжения, s=1, что дает нам следующую эквивалентную схему.

3. Dqo преобразование.

В электротехнике, прямой квадратурной нулю (DQ0) преобразование или нулевой прямой квадратурной (0DQ) преобразование называется математическое преобразование, которое используется для упрощения анализа трехфазных цепях. В случае сбалансированных трехфазных цепей, применение dqo преобразование уменьшает три переменного количества в два DC.Упрощенные вычисления могут тогда быть выполнены на этих мнимых величинах постоянного тока перед выполнением обратного восстановления фактического трехфазного результата переменного тока. Он часто используется для того, чтобы упростить анализ трехфазных синхронных машин или для упрощения расчетов для контроля трехфазных инверторов. Dqo преобразования, представленные здесь, чрезвычайно похожы на преобразование впервые предложеные в 1929 году RH Парка. На самом деле, dqo преобразования часто упоминается как преобразование Парка.

Dqo преобразование применяется к трехфазным токам, представленным ниже в матричном виде:

4. Описание энергосистемы Blockset.

Matlab / Simulink это симулятор системы, который не в состоянии управлять имитацией электрических цепей, поэтому для моделирования системы электрических цепей, питание, наборы блоков используются Simulink, в котором есть библиотеки электрических блоков и инструменты анализа, которые используются для преобразования электрических цепей в Simulink диаграмм. Электрические блоки электрических моделей таких как электрические машины, источники тока и напряжения, а также различные электрические элементы, силовые электронные ключи, разъемы, и датчики для измерения. При запуске моделирования Simulink необходимо использовать Pm Blockset и передает электрическую цепь в пространстве состояний представления с начальными условиями переменных состояний. Фактическое моделирование начинается после этого первоначального преобразования, это позволяет использовать широкое разнообразие с фиксированным шагом и переменным шагом алгоритма, доступные в Simulink. Как переменная временной шаг алгоритма работает быстрее, чем фиксированный момент времени методом, потому что ряд шагов в меньшей степени, эти алгоритмы используются для малых и средних систем, так и для крупных систем, содержащие большее количество территорий и/или силовых переключателей. Simulink группы могут быть использованы для отображения результатов моделирования или отправлены на рабочую область в ходе моделирования. Разнообразие функций и панелей инструментов MATLAB присутствуют для обработки и печати осциллограмм от сохраненных данных.

5. Модель асинхронного двигателя в SIMULINK.

Обобщенная динамическая модель асинхронного двигателя состоит из электрического подмодели по реализации трехфазных две оси (3/2)преобразованию с двумя осями напряжения статора и текущему вычислению, подмодель вращающего момента, чтобы вычислить развитый электромагнитный вращающий момент и механическую подмодель, нужно привести к скорости ротора.

Электрическая подмодель асинхронного двигателя трехфазовое к преобразованию напряжения с двумя осями достигнута, используя следующее уравнение.

Где Vas, Vbs и Vcs являются трехфазные напряжения статора, в то время как Vds и VQS являются две оси вектора напряжения статора. Вращающий момент подмодели асинхронного двигателя в два-оси статор отсчета, электромагнитного T учитывая с помощью

Механическая подмодель асинхронного двигателя от вращающего момента уравновешивает уравнения и пренебрежение вязким трением, скорость ротора ?o может быть получена следующим образом

Где J — момент инерции ротора и нагрузки, и TL — вращающий момент нагрузки.

Подмодель текущей производительности статора.

Подмодель текущей производительности статора используется, чтобы вычислить амплитуду тока статора согласно следующему уравнение

6. Результаты моделирования

У асинхронного двигателя, выбранного для исследований моделирования, есть следующие параметры:

Rs=1.5 Ом Rr=0.7 Ом
L s=0.012 H Lm=0.1118 H
L r=0.1122 H J=0.054 кг м2
P=2 Ts=0.0546 нм
Tr=0.160 нм

Результаты моделирования для развитого вращающего момента, скорости, Vsd, Vrd, Ird, Irq представлены ниже.

Выводы

SIMULINK — сильный пакет программ для исследования динамических и нелинейных систем. Используя SIMULINK, модель моделирования может, систематически усовершенствоваться начинаясь с простых подмоделей. Модель асинхронного двигателя может использоваться , так и для электропривода. Авторы полагают, что SIMULINK скоро станет обязательным инструмент для обучения и исследования электрических двигателей.