004a-Мощинский Ю А phase model

14
- 1 - Обобщенная математическая модель частотно-регулируемого асинхронного двигателя в осях a,b,c,( , α β ) с учетом потери в стали Мощинский Ю.А., к.т.н. доц.; Аунг Вин Тут, асп. Аннотация. Разработана математическая модель трехфазного асинхронного двигателя (АД) с учетом потерь в стали, вытеснения тока в проводниках ротора и насыщения магнитной цепи, в системе координат (a,b,c,(αβ)). Модель разработана в двух вариантах и включает в первом варианте шесть, а во втором девять дифференциальных уравнений. Потери в статоре представлены в виде электрических потерь на активном сопротивлении, которое включается в первом варианте последовательно, а во втором варианте параллельно индуктивному намагничивающему сопротивлению Т-образной схемы замещения АД. Даны зависимости эквивалентных активных сопротивлений от частоты перемагничивания. Представлен сравнительный анализ результатов расчета по этим моделям пускового и установившегося режимов работы асинхронного двигателя RA90L6 для различных частот. Ключевые слова: трехфазный асинхронный частотно-регулируемый двигатель, математическая модель, система координат (a,b,c,(αβ)). потери в стали, насыщение, вытеснение тока. Summary. A mathematical model of a three phase asynchronous motor is developed. The model is taken into account with saturation of magnetic and iron losses. The differential equations are written in system of coordinate (a,b,c,(αβ)). The first version of the model includes six differential equations and the second version includes nine equations. The losses in the steel core is represented as the electrical losses in a resistor, connected series or parallel with the mutual inductance of T equivalent circuit of asynchronous motor. Effects due to the saturation of magnetic core of the stator and the skin effect in squirrel cage rotor winding are taken into account using coefficient of saturation and skin effect. Keywords: three phase inverter-fed asynchronous motor, mathematical model, system of coordinate (a,b,c,(αβ)), steel losses, saturation effect, skin effect. Применение автоматизированного электропривода позволяет значительно повысить эффективность технологических процессов в различных отраслях производства. В настоящее время в различных промышленности, системах тепло и водоснабжения, работающих с постоянным или медленно изменяющимся моментом нагрузки, наибольшее распространение получили регулируемые асинхронные двигатели (АД) при питании от инвертора, потребляющие более половины всей вырабатываемой электроэнергии [1].

Upload: bluephoenix4imd

Post on 11-Apr-2015

166 views

Category:

Documents


1 download

DESCRIPTION

abc,a-b

TRANSCRIPT

Page 1: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 1 -

Обобщенная математическая модель частотно-регулируемого асинхронного

двигателя в осях a,b,c,( ,α β ) с учетом потери в стали

Мощинский Ю.А., к.т.н. доц.; Аунг Вин Тут, асп.

Аннотация. Разработана математическая модель трехфазного асинхронного двигателя

(АД) с учетом потерь в стали, вытеснения тока в проводниках ротора и насыщения

магнитной цепи, в системе координат (a,b,c,(αβ)). Модель разработана в двух вариантах и

включает в первом варианте шесть, а во втором девять дифференциальных уравнений.

Потери в статоре представлены в виде электрических потерь на активном сопротивлении,

которое включается в первом варианте последовательно, а во втором варианте

параллельно индуктивному намагничивающему сопротивлению Т-образной схемы

замещения АД. Даны зависимости эквивалентных активных сопротивлений от частоты

перемагничивания. Представлен сравнительный анализ результатов расчета по этим

моделям пускового и установившегося режимов работы асинхронного двигателя

RA90L6 для различных частот.

Ключевые слова: трехфазный асинхронный частотно-регулируемый двигатель,

математическая модель, система координат (a,b,c,(αβ)). потери в стали, насыщение,

вытеснение тока.

Summary. A mathematical model of a three phase asynchronous motor is developed. The model

is taken into account with saturation of magnetic and iron losses. The differential equations are

written in system of coordinate (a,b,c,(αβ)). The first version of the model includes six

differential equations and the second version includes nine equations. The losses in the steel core

is represented as the electrical losses in a resistor, connected series or parallel with the mutual

inductance of T equivalent circuit of asynchronous motor. Effects due to the saturation of

magnetic core of the stator and the skin effect in squirrel cage rotor winding are taken into

account using coefficient of saturation and skin effect.

Keywords: three phase inverter-fed asynchronous motor, mathematical model, system of

coordinate (a,b,c,(αβ)), steel losses, saturation effect, skin effect.

Применение автоматизированного электропривода позволяет значительно

повысить эффективность технологических процессов в различных отраслях производства.

В настоящее время в различных промышленности, системах тепло и водоснабжения,

работающих с постоянным или медленно изменяющимся моментом нагрузки, наибольшее

распространение получили регулируемые асинхронные двигатели (АД) при питании от

инвертора, потребляющие более половины всей вырабатываемой электроэнергии [1].

Page 2: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 2 -

Математическая модель идеализированной трехфазной обобщенной машины

Анализ публикаций [2-6], посвященных разработкам математических моделей

асинхронных двигателей (АД) и методам их преобразований, показывает, что данная

проблема не потеряла своей актуальности до настоящего времени. Несмотря на то, что в

этом направлении уже достигнуты довольно значительные успехи - в основном

вследствие прогресса современных вычислительных средств, во всех исследования

сохраняется основной принцип преобразований, а именно упрощение математических

моделей. Таким образом, успехи вычислительной техники с одной стороны и методов

математического описания АД с другой, сегодня, как никогда, дают большие возможности

по реализации широкого спектра математических моделей различного уровня сложности.

В статье рассмотрена математическая модель частотно-регулируемого асинхронного

двигателя с учетом потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта в проводниках

ротора. Проведен расчет основных показателей в динамических и статических режимах

при изменении частоты по закону U/f = const.

Цифровое моделирование позволяет обойтись без введения искусственных

координат, уравнения, описывающие поведение ЭМ могут быть записаны в естественных

осях – связанных с фазами статора и ротора [7]. Неудобство такой записи системы

дифференциальных уравнений состоит в следующем, при работе ЭМ от преобразователя

для корректного описания режима работы необходимо постоянно преобразовывать

временные зависимости напряжения, токов и потокосцеплений к искусственным

прямоугольным осям, поэтому теряется непосредственная информация о токах в фазах

статора и ротора. В трехфазной же системе мы имеем дело с реальными фазными

величинами токов.

Большинство электрических машин переменного тока предназначено для работы в

трехфазных сетях, поэтому они строятся с симметричными трехфазными обмотками на

статоре, причем МДС этих обмоток распределены в пространстве по закону близкому к

синусоидальному. Синусоидальность распределения позволяет представить МДС или

пропорциональные им токи обобщенным пространственным вектором на комплексной

плоскости, т.е. вектором, представляющим собой геометрическую сумму отрезков,

построенных на пространственных осях фазных обмоток и соответствующих мгновенным

значениям фазных МДС или токов. При этом проекции обобщенного вектора на оси

фазных обмоток в любой момент времени будут соответствовать мгновенным значениям

соответствующих величин [9].

Page 3: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 3 -

Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым

ротором в системе координат a,b,c, неподвижных относительно статора и α , β -

ротора, с учетом потери в стали.

В общем случае короткозамкнутый ротор представляется в виде m-фазной системы

обмоток. При составлении дифференциальных уравнений обмотку ротора можно

заменить двумя короткозамкнутыми эквивалентными контурами неподвижными

относительно статора, расположенными по взаимно перпендикулярным осям.

Для наиболее точного описания процессов электромеханического преобразования

будем использовать модель АД с тремя обмотками статора, расположенными

симметрично в пространстве по осям a,b,c и двумя обмотками ротора, расположенными

по взаимно перпендикулярным осям α , β (рис.1). За положительное направление тока в

обмотках идеализированной машины примем направление от конца катушки к ее началу,

а за положительное направление оси обмотки - направления векторов МДС катушек при

протекании токов в положительном направлении.

Рис 1. Схема модели трехфазного асинхронного двигателя в системе (a,b,c,(α , β ))

Важность задачи учета потерь в стали по крайней мере при работе АД с

нагрузками, не превышающими номинальную, определяется существенным вкладом этих

потерь в суммарные потери машины. Так, для АД серии 4А потери в стали могут

составлять более 20% от полных потерь номинального режима и более 50% от полных

потерь холостого хода. Не учет этих потерь при анализе энергетических характеристик

привода приводит к существенным погрешностям. Небольшое влияние потери в стали

оказывают также на величину и взаимную ориентацию обобщенных векторов

электромагнитных переменных АД (напряжения, токов, потокосцеплений) в статических

и динамических режимах работы.

В настоящей работе настоящей работе эффект от потерь в стали исследуется

разработкой двух вариантов математической модели АД на основе Т-образных схем

замещения:

Page 4: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 4 -

• с последовательным включением активного сопротивления эквивалентного

потерям в стали – Rm и индуктивного сопротивления намагничивания - Xm

(рис.2,а).

• с параллельным включением сопротивлений намагничивающего контура Rc

и Xm (рис 2,б).

Сопротивления Rc и Xm могут быть легко рассчитаны по известным

сопротивлениям Rm, Xm согласно выражениям

m

mmc R

XRR

22 += ,

m

mmmu X

XRX

22 += , (1)

а) б)

Рис 2. Эквивалентные схемы замещения АД с учетом потери в стали

а) с последовательным включением сопротивлений Rm и Xm, б) с параллельным

включением сопротивлений Rc и Xm.

Известно [10], что сопротивление Rm зависит не линейно от частоты

перемагничивания магнитопровода f, а именно . Тогда Rm можно выразить как 6.1fRm ≡

1.6

0m mo

fR Rf

⎛ ⎞= ⎜ ⎟

⎝ ⎠, где - сопротивление потерь в стали, рассчитанное при частоте – .

Сопротивление Rc, согласно выражению (1) будет также не линейно зависеть от частоты,

но по-другому закону , тогда

0mR 0f

4.0fRc ≡4.0

00 ⎟⎟

⎞⎜⎜⎝

⎛=

ffRR cc . Графики изменения сопротивлений

Rm и Rc в зависимости от частоты представлены на рис.3.

Рис. 3 Зависимости сопротивлении , от частоты cR mR

Page 5: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 5 -

Математическая модель АД с учетом потерь в стали без влияния контуры

вихревых токов

В первом варианте модели исследуется процессы путем введения эквивалентного

активного сопротивления потерь в стали mR непосредственно в систему

дифференциальных уравнений, что соответствует T-обратной схеме замещения для

установившиеся режима работа, которая изображена на рис 2,а. Уравнения для этого

случая, записанные в векторной форме в неподвижной системе координат, имеют вид:

ss s s m m

du i R i Rdtψ

= + + - уравнение для напряжений статора (2)

rr r r r

du i R jdt rψ ωψ= + − - уравнение для напряжений ротора (3)

rsm iii += - уравнения для токов статора и ротора (4)

( ssэм ipM ×= *Im23 ψ ) уравнение для электромагнитного момента (5)

Здесь, su - обобщенный вектор напряжения статора, ru - обобщенный вектор

напряжения ротора, mR - эквивалентное активное сопротивления вихревые токов, sψ -

обобщенный вектор потокосцепления статора, rψ - обобщенный вектор потокосцепления

ротора. - обобщенный вектор намагничивающего тока, p - число пар полюсов, -

электромагнитный момент двигателя, Нм.

mi ЭМM

При симметричной трехфазной системе обмоток и отсутствия нулевого провода

обобщенные вектора токов статора si , ротора ri и намагничивания mi можно представить

в виде :

22 (3

)s A B Ci i ai a i= + + для тока статора, (6)

22 (3r a bi i ai a= + + )ci для тока ротора. (7)

( mcmbmam iiii ++=32 ) для тока намагничивания (8)

где 120 1 32 2

ja e j= = − +o

, 23

21.2402 jea j −−== - операторы поворота

где - мгновенные значения токов соответствующих фаз статора , ,A B Ci i i

- мгновенные значения токов соответствующих фаз ротора , ,a b ci i i

- мгновенные значения токов намагничивания соответствующих фаз mcmbma iii ,,

Page 6: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 6 -

Обобщенный вектор, как и любой вектор на комплексной плоскости, можно

представить алгебраической формой записи комплексного числа.

(а) (б)

Рис 4. Векторы токов трех фаз (а) и двух фаз (б)

Обычно это делают, совмещая вещественную ось с осью фазы A статора и фазы а ротора,

тогда фазные токи статора системе координат (а,b,c (рис. 4,а) и фазные токи ротора в

системе координатах ( ,α β ) (рис. 4,б) имеют вид:

Фазные токи статора в системе координат (a,b,c)

22 2 1 1 2Re( ) Re3 3 2 2 3A s AS BS CS AS BS CS AS ASi i i ai a i i i i i⎡ ⎤ ⎡⎡ ⎤= = + + = − − = =⎣ ⎦ ⎢ ⎥ ⎢⎣ ⎦ ⎣

32

i⎤⎥⎦

(9)

2 2 2 2 3 42 2Re( ) Re Re3 3B s AS BS CS AS BS CS BSi a i a i ai a i a i a i a i⎡ ⎤ ⎡= = + + = + + =⎣ ⎦ ⎣ i⎤⎦ (10)

2 22 2Re( ) Re Re3 3C s AS BS CS AS BS CS CSi ai a i ai a i ai a i a i i⎡ ⎤ ⎡= = + + = + + =⎣ ⎦ ⎣

3 ⎤⎦ (11)

( )α β, Фазные токи ротора в системе координат

)Re( rii =α , )Im( rii =β (12)

Здесь, - фазные токи статора 3-фазного АД, CSBSAS iii ,, (, , , ,A B Ci i i i i )α β - токи статора

и ротора в системе a,b,c,(α , β ), ,s rR R - активное сопротивление фазы статора и ротора,

Rm- активное сопротивления, эквивалентное потерям в стали.

Система дифференциальных уравнений для мгновенных значений полученная на

основе уравнений (2)-(3), с учетом (9)-(12) имеет следующий вид:

Уравнения напряжений статора и ротора

⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

−+=−+=

−−++=

+−++=+++=

αββ

ββαα

α

βα

βαα

ψωψ

ψωψ

ψ

ψψ

rrrr

cmcsc

c

bmbsb

bamasa

a

iRdt

dUiR

dtd

U

iiiRiRdt

dU

iiiRiRdt

dUiiRiR

dtd

U

,

),23

21(

)23

21(),(

(13)

Здесь, обозначено

Page 7: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 7 -

( ),cos 1tUU ma ω= ,3

2cos 1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −=

πω tUU mb ,3

2cos 1 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

πω tUU mc (14)

Уравнения электромагнитного момента

0== βα UU

3 . . . . ,2эмM p i iβ α α βψ ψ⎡= −⎣ ⎤⎦ (13)

Уравнения движения

( ) rэм c

dp M MJ dt

ω− = (15)

где J - суммарный момент инерции ротора и механизма, приведенный к валу АД, cM -

момент сопротивления

Уравнения для потокосцеплений

Выражения потокосцеплений, записанные через токи в заторможенной системе

координат a,b,c, ( )βα , , имеют следующий вид

( ) ( )⎪⎪⎪⎪

⎪⎪⎪⎪

−+−+=++=

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−+=

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+−+=++=

cccbcbrcaar

cccsc

cbbsbcaasa

iiMiiMiLMiMiiL

MiiiMiL

MiiiMiLMiMiiL

31

31,

,23

21

,23

21,

ββαα

βα

βαα

ψψ

ψ

ψψ

(16)

где ( ), , , ,a b ci i i i iα β - токи статора и ротора, А, ( ), , , ,a b c α βψ ψ ψ ψ ψ - потокосцепления фаз

статора (ротора), Вб.

Данная система позволяет производить анализ работы АД с учетом потери в стали

в случае его работы от преобразователя частоты, когда на обмотки двигателя подается

несинусоидальное напряжение.

Математическая модель для исследования переходных процессов АД с учетом

потери в стали в системе a,b,c, (α , β ) при параллельном включении сопротивлений

Rc и Xm (рис 2,б).

Данной математической модели соответствует схема расположения фаз статора и

ротора и контуров вихревых токов как показано на рис.5. Эта модель, в отличие от

рассмотренный выше, имеет 3-контура по осям a,b,c учитывающие потери в стали.

Page 8: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 8 -

Рис 5. Схема модели АД в системе (a,b,c,(α , β )) с учетом контуров вихревых токов

Система дифференциальных уравнений векторной форме имеет вид

s ms s s s

di dU R i Ldt dtσ

ψ= + + ; - уравнения напряжений статора (16)

0 mrr r r r r

ddiR i L jdt dtσ

ψ ωψ= + + − ; - уравнения напряжений ротора (17)

0 cc c c

di dR i Ldt dt

mψ= + + ; - уравнения напряжений контуры вихревых токов (18)

;s s s mL iσψ ψ= + - уравнения для потокосцеплений статора (19)

;r r rL iσ mψ ψ= + - уравнения для потокосцеплений ротора (20)

;c c c mL iψ ψ= + - уравнения для потокосцеплений контуры вихревых токов(21)

( ).m m mL i imψ = - уравнения для потокосцеплений взаимоиндукции (22)

m s ri i i i= + + c - уравнения токов (23)

Раскладывая векторы системы дифференциальных уравнений (16-23) по осям

(a,b,с) и (α , β ) получим систему, записанную в скалярной форме, которая имеет вид

,asa

a iRdt

dU +=

ψ ,bs

bb iR

dtdU +=ψ cs

cc iR

dtdU +=ψ (24)

,dt

d0 ma

caciRi

M += ,0 cbcmb iR

dtdi

M += cccmc iR

dtdiM +=0 . (25)

,dt

d0 βα

α ψωψ

rr iR −+= ,dt

d0 αβ

β ψωψ

rriR −+= (26)

3 . . . . ,2эмM p i iβ α α βψ ψ⎡= −⎣ ⎤⎦ (27)

( )эм cp dM MJ dt

ω− = (28)

Page 9: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 9 -

Уравнения для токов и потокосцеплений

,caama iiii ++= α ,23

21

βα iiii bmb +−= βα iiii cmc 23

21

−−= (29)

1 32 2

1 32 2

a s a ca

b s b c

c s c c

L i Mi Mi

L i M i i Mi

L i M i i Mi

α

α β

α β

b

c

ψ

ψ

ψ

= + +

⎛ ⎞= + − + +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎛ ⎞

= + − − +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

(30)

( ) (1 13 3

r a ca

r b c cb

L i Mi Mi

)ccL i M i i M i i

α α

β β

ψ

ψ

= + +

= + − + − (31)

1 32 2

1 32 2

ca c ca a

cb c cb b

cc c cc c

L i Mi Mi

L i M i i Mi

L i M i i Mi

α

α β

α β

ψ

ψ

ψ

= + +

⎛ ⎞= + − + +⎜ ⎟⎜ ⎟

⎝ ⎠⎛ ⎞

= + − − +⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

(32)

где - фазные вихревые токи, А. , ,ca cb cci i i

Исследование влияния вытеснения тока на динамику частотного-

регулируемого асинхронного двигателя

Явление вытеснения тока в стержнях обмотки ротора оказывает значительное

влияние на разгон АД. Как известно, во время пуска в стержнях ротора возникают

значительные вихревые токи, которые изменяют распределение плотности тока по

сечению стержня ротора. В результате активное сопротивление увеличивается, а

индуктивное сопротивление - уменьшается. Увеличение активного сопротивления и

уменьшение индуктивного сопротивления при пуске из-за вытеснения тока влияют на

динамические характеристики АД (на ударный и пусковой моменты, пусковой ток, время

пуска и т.д.). Поэтому исследование переходных процессов при пуске АД с учетом

изменения активного и индуктивного сопротивлений ротора, т.е. с учетом нелинейности

цепи ротора, имеет существенное значение. Изменение Rr и Lr можно определить с

помощью коэффициетов Kr и Kx, которые являются функциями скольжения s или угловой

частоты вращения ротора rω .

Основу расчета Kr и Kx составляет следующий метод. Пазовая часть стержня

короткозамкнутой обмотки ротора - условно делится по высоте на n элементарных слоев

(рис. 6), изолированных друг от друга бесконечно тонким слоем изоляции, чтобы

исключить возможность появления вертикальной составляющей тока в стержне [10].

Page 10: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 10 -

Далее составляется схема замещения, состоящая из n параллельных ветвей. Определение

эквивалентных активных и индуктивных сопротивлений этой схемы позволяет найти

частотные характеристики активного и индуктивного сопротивлений ротора и,

следовательно, коэффициенты Kr и Kx. Результаты расчета представлены на рис. 7.

Рис 6. Условное деление паза ротора на n-слоев (n=11).

Рис 7. Зависимости Kr и Kx от частоты токов в роторе f2

Изменение индуктивности из-за насыщения машины

Технико-экономические показатели при разработке двигателя определяют тот

факт, что при номиналной нагрузке и номинальном потоке работа происходит на

нелинейном участке кривой намагничивания машины и поэтому следует учитывать

изменение индуктивности из-за насыщения машины. Индуктивности рассеяния статора и

ротора мало зависят от насыщения машины, так как их поля замыкаются по воздуху.

Поэтому будем рассматривать влияние насыщения только на изменение индуктивности

цепи намагничивания М, который нелинейно зависит от основного потокосцепления mψ

как показано рис.8.

Рис 8. Зависимость индуктивности намагничивания M от ψ

Основные показатели обобщенной электрической машины в динамических

режимах в осях a,b,c,(α , β )

Для проектирования электрических машин, работающих в динамических режимах,

так же как и в установившихся, необходимо знать потребление активной и реактивной

Page 11: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 11 -

мощностей, а также эффективность их преобразования в полезную механическую

мощность [8]. Для сравнения моделей выбраны следующие показатели.

а) Для пускового режима:

• Кратности ударного тока в одной из фаз и ударного момента по отношению к

номинальному току и моменту, т.е. Ki=Imax/Inom, Km=Mmax/Mnom,

• Активная Рs и реактивная Qs мощности, потребляемые двигателем из сети за время

пуска, которые рассчитываются по формулам:

∫=T

ss tdtPT

P0

)()(1 , ∫=T

ss tdtQT

Q0

)()(1 (33)

где )().()().()().()Re()( * titUtitUtitUIUtP CCBBAAs ++=×=

( ) ( ) ([ ])()().()()().()()().(3

1)Im()( * tititUtititUtititUIUtQ ABCCABBCAs −+−+−=×= )

мгновенные активная и реактивная мощности, Т – длительность пускового режима.

• Мощность потерь на вихревые токи

∫=T

fec dttPT

P0

)(1

где для первого варианта, для второго

варианта

)( 222mcmbmamfe iiiRP ++= )( 222

cbcbcacfe iiiRP ++=

• Полезная мощность на валу в пусковом режиме:

∫=T

tdtPT

P0

22 )()(1 , где ( )2 ( ) ( ). ( )эм r мех добP t M t t P Pω= − − ,

где - механические и добавочные потери добмех PP ,

• Средние значения коэффициентов полезного действия -η и мощности- cos(φ) за

время пуска:

2

s

PP

η = , ( )cos s

s

PS

ϕ = где 22s

QPS ss +=

б) Для установившегося режима работы:

Полезная мощность на валу двигателя , энергетические показатели -η и cos(φ), потери в

стали- , ток фазе статора А-Iа и время, затраченное компьютером на решение данной

задачи – .

2P

feP

Kt

Для демонстрации работы моделей выбран двигатель RA90L6 с параметрами:

ВтP ,15002 = , BU n ,220= , ,50=f 3=p , OмRs ,57,3= , OмRr ,8,3= ,

,

OмX s ,99,4=

OмX r ,28,8= OмX m ,9,82= , OмRm ,5,49= , OмRc ,5,49= , . 23 /,10.48,1 мКгJ r =

Page 12: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 12 -

Согласно уравнениям (11 -14) и (24-29) составлены компьютерные программы в

системе Мatlab. На рис. 10. представлены осциллограммы токов фазы статора А, фазы

ротора α , электромагнитного момента и частоты вращения ротора при пуске двигателя с

учетом изменения параметров ротора Rr, и индуктивности намагничивающего контура

М для двух моделей.

rLσ

Рис 10. Результаты раcчета двух вариантов модели

В таблице 1 представлены результаты расчета перечисленных выше показателей по

двум моделям в диапазоне частот: 25, 50 и 75 Гц. Характеристики рассчитывались при

изменении частоты по закону constf

U= при номff ≤ , а при , , момент на

валу поддерживался постоянным и равным номинальному.

номff > номUU =

Сравнение показателей пускового режима. Таблица. 1

25 50 75

f, [Гц] 1-я

модель

2-я

модель

1-я

модель

2-я

модель

1-я

модель

2-я

модель

мК , [o.e] 1,62 1,52 3,49 3,6 5,08 5,9

iК , [o.e] 3,057 3,33 5,94 6,239 8,57 9,1

Ps, [Вт] 1145,5 1224 3007,6 2938 5838 5385

Qs, [Вт] 1127,2 1457 3358 3470 6778 6404

феP , [Вт] 30,6 13,59 471,1 78,7 2094 193

η , [%] 49,5 44 50 51 44 48

( )cos ϕ , [o.e] 0,71 0,64 0,66 0,64 0,65 0,64

Page 13: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 13 -

Cравнение показателей установившегося режима. Таблица. 2

25 50 75

f, [Гц] 1-я

модель

2-я

модель

1-я

модель

2-я

модель

1-я

модель

2-я

модель

ai , [A] 3,63 4,64 3,85 3,9 4,69 3,9

η , [%] 70,1 61 80,3 81,3 75 83

( )cos ϕ , [o.e] 0,8 0,68 0,74 0,72 0,66 0,72

феP ,[Вт] 6,29 17,5 93,39 105,71 413,5 258,8

rΩ ,[1/с] 44,97 43,1 99,08 99,07 151,6 151,9

P2 , [Вт] 677,86 650,59 1515,4 1519 2333 2339

Kt , [c] 0,12 3,42 0,24 6,77 0,17 10,2

Выводы. Разработана математическая модель частотно регулируемого двигателя в осях

(a,b,c,(αβ)), в которой учитываются потери в стали, а влияние насыщения и вытеснения

токов учитывается с помощью коэффициентов Kmu, Кr и Kx. Представлены зависимости

активного сопротивления намагничивающего контура эквивалентного потерям в стали от

частоты перемагничивания.

Математическая модель представлена в двух вариантах: первый вариант с шестью

дифференциальными уравнениями (ДУ), второй с девятью ДУ Сравнение результатов

расчета пускового и установившегося режимов показало достаточную для анализа

сходимость результатов по этим двум моделям. Однако потери в стали за время пуска,

рассчитанные по первому варианту модели значительно превышают аналогичные потери

второго варианта. С другой стороны компьютерное время расчета по второму варианту в

десять раз превышает время расчета первого варианта. На нас взгляд, более адекватно

описывает переходные процессы математическая модель второго варианта. Это

необходимо учитывать при выборе моделей для разработки быстродействующих систем

векторного управления регулируемых асинхронных двигателей.

Список литературы.

1. Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с

параметрическим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1988.-224 с.

2. Хрисанов В.И. Бржезинский Р. Вопросы адекватности математических моделей

асинхронных двигателей при анализе переходных процессов при пуске. -

Электротехника, №10, 2003, с. 20-25.

Page 14: 004A-Мощинский Ю А phase model

- 14 -

3. Джендунбаев А.-З. Р. Математическая модель асинхронного генератора с учетом

потерь в стали. Электричество №7, 2001, с .36-45.

4. К вопросу о построении универсальной математической модели обобщенной

электрической машины в программной среде Matlab-Simulink. Электротехника,

№7, 2005, с.3-8.

5. Виноградов А. Б. Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при

моделировании динамических процессов в частотно- регулируемом

электроприводе. Электротехника, №5, 2005, с. 57-61.

6. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А, Петров А.П. Математическая модель в

обобщенной ортогональной системе координат. Электричество, №8, 2002, с. 37-39.

7. Sergey E. Lyshevski. Electromechanical Systems, Electric Machines, AND Applied

Mechatronics. ISBN 0-8493-2275-8, CRC Press LLC, USA, 2000.

8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М., Высшая

школа .1987.-248 с.

9. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. М.-Л.,

Госэнергоиздат, 1963.-744 с.

10. Проектирование электрических машин, под ред. Копылов И.П., Кн.1, М.:

Энергоатомиздат, 1993-389 с.