Лабораторная работа № 4
Исследование характеристик трехфазного асинхронного двигателя с частотным регулированием скорости вращения[1]

Цель лабораторной работы:
изучение механических характеристик и переходных процессов трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при частотном регулировании скорости вращения, реализованном с помощью широтно-импульсного преобразователя.

Задачи лабораторной работы:

  изучение характера переходных процессов трехфазного асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости вращения с помощью широтно-импульсного преобразователя;

  определение механических характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором при частотном регулировании и широтно-импульсной модуляции напряжений, подаваемых на фазные обмотки статора двигателя.

Порядок выполнения лабораторной работы

1.      Запустите MATLAB и откройте окно для создания модели подсистемы SIMULINK. Скопируйте модуль asinshim.mdl, находящийся в подкаталоге MATLAB_USER, в открывшееся пустое окно, обозначенное Untitled. Для копирования откройте модуль asinshim.mdl, выполните команды Edit-Select All, затем команды Edit-Copy. Перейдите в рабочее окно Untitled и выполните в нем команды Edit-Paste. Присвойте имя Вашей программной модели и сохраните ее в каталоге, указанном преподавателем.

Рис. 1 Модуль asinshim.mdl

2.      Соберите представленную на рис.2 схему моделирования и регистрации процессов в трехфазном асинхронном двигателе.

Рис. 1

Исследуемый двигатель имеет короткозамкнутые обмотки ротора, что отражено на схеме моделирования. Помимо модели собственно асинхронного двигателя в состав исходного модуля включены модель силового преобразователя с широтно-импульсным регулированием выходных напряжений и блок измерения переменных двигателя (токов в обмотках статора и ротора, угловой скорости вращения вала и электромагнитного момента двигателя).

В зависимости от требуемой скорости вращения вала двигателя выбирается значение желаемой относительной частоты f/f_ном изменения напряжений на фазных обмотках статора двигателя, влияющее на угловую скорость вала двигателя. Чем меньше фактическая частота f изменения напряжения на обмотках статора, тем меньше скорость вращения вала двигателя. Таким образом, желаемая относительная частота f/f_ном является параметром регулирования частоты вращения двигателя. Здесь f_ном - номинальная частота, на которую рассчитан асинхронный двигатель.

Для нормального функционирования асинхронного двигателя амплитуда U основной гармоники фазных напряжений автоматически подстраивается в зависимости от выбранного значения частоты f. Требуемые законы изменения напряжений обмоток статора обеспечиваются с помощью силового преобразователя.

Силовой преобразователь осуществляет широтно-импульсное регулирование напряжения на статорных обмотках трехфазного асинхронного двигателя. Вид этих напряжений отличается от вида синусоидального напряжения (см. рис.2).

Рис. 2

Обмотки статора выполняют роль фильтров нижних частот, поэтому токи в обмотках определяются средним значением подведенного к ним модулированного напряжения. Среднее значение фазного напряжения можно оценить по выходному напряжению дополнительного внешнего фильтра, включенного на выходе измерителя фазного напряжения, обозначенного на схеме как вольтметр.

 

В лабораторной работе исследуется асинхронный двигатель, имеющий следующие значения основных параметров:

·        номинальная мощность двигателя ____VA;

·        номинальное напряжение обмоток статора 220 V;

·        номинальная частота питающих напряжений 60 Hz;

·        число пар полюсов 2;

·        активное сопротивление обмоток статора 0,435 W;

·        индуктивность обмоток статора 2 mHn;

·        активное сопротивление обмоток ротора 0,816 W;

·        индуктивность обмоток ротора 2 mHn;

·        взаимоиндуктивность 69,31 mHn;

·        момент инерции ротора 0,089 kgm².

·         

3.      Введите значения параметров модели асинхронного двигателя и силового преобразователя в соответствии с данными, приведенными в табл.1, в зависимости от заданного преподавателем исследуемого варианта.

Таблица 1

№	Параметры
варианта	Номинальная частота fном, Hz	Частота ШИМ fШИМ, Hz	Момент инерции подвижных частей, kgm2
1	60	360	0,089
2	50	300	0,1
3	70	420	0,06

 

4.      Для настройки параметров f_ном и f_ШИМ дважды щелкните левой кнопкой мыши по изображению силового преобразователя. В появившемся окне установите необходимое значение параметра f_ном в позиции Sine Wave... и значение параметра f_ШИМ в позиции Triangular Wave ... Для того, чтобы установить значение момента инерции подвижных частей (ротора и связанного с ним объекта регулирования), дважды щелкните левой кнопкой мыши по изображению двигателя. В открывшемся окне введите требуемое значение в позиции Inertia. Другие значения параметров двигателя и силового преобразователя оставьте без изменения.

5.      Проведите исследование переходных процессов при значении желаемой относительной частоты, равном 0,5 и моменте внешних сил, равном нулю. Задайте время моделирования 0,1 с и рассмотрите характер изменения напряжений на обмотках статора и токов во всех обмотках. Сравните вид напряжения на обмотке статора и вид того же напряжения, на выходе дополнительного фильтра. Зафиксируйте и объясните результаты.

6.      Определите механическую и регулировочную характеристики исследуемого асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости вращения его вала. Для этого проведите серию вычислительных экспериментов при значениях параметра регулирования, которым является желаемая относительная частота, равных 0,25; 0,5; 1, и значениях внешнего момента -20; -10; 0; 10; 20; 30 и 35 Nm.

7.      При выполнении экспериментов зафиксируйте переходные процессы угловой скорости вала двигателя и электромагнитного момента. Определите по полученным графикам и зафиксируйте в отчете время переходного прцесса t_пп средней составляющей скорости вала двигателя и перерегулирование s.

8.      Сделайте выводы по результатам исследования. В частности, определите, как влияет значение параметра регулирования на жесткость механических характеристик, характер и длительность переходного процесса (постройте зависимость t_пп от значения параметра регулирования при нулевом внешнем моменте и от внешнего момента при параметре регулирования, равном 0,5).

9.      Оформите отчет, в который включите схемы моделирования, исходные данные, все полученные числовые оценки, графики процессов и выводы по результатам проведенной лабораторной работы. Объясните принцип работы асинхронного двигателя.