CC BY
75
© А. А. Реутов, А.А. Мясников, 2006
УДК 621.34
А.А. Реутов, А.А. Мясников
МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ»
Семинар № 19
я ж рограммный комплекс «Уни-л. Ж. версальный механизм» (ПК
УМ) предназначен для автоматизации моделирования и исследования механических объектов, которые могут быть представлены системой абсолютно твердых тел, связанных кинематическими и силовыми элементами.
В общем случае асинхронный электропривод (АП) состоит из асинхронного электродвигателя (АД), механической части и системы управления. Работа АП описывается системой дифференциальных и алгебраических уравнений [1], содержащей электрические и механические переменные. Искомым результатом моделирования являются крутящий момент и угловая скорость выходного вала АП.
Генерация уравнений, описывающих механическую часть АП, осуществляется в среде ПК УМ автоматически при введении характеристик твердых тел и их связей.
Ввод уравнений, описывающих электрическую часть АП (АД и систему управления), может быть осуществлен двумя способами: программиро-ванием уравнений в среде ПК УМ или программированием в среде Matlab/Simulink.
При первом способе программирование уравнений осуществляют в файле управления ПК УМ, автоматически гене-
рируемом при синтезе урав-нений движения механической части. Для программирования используется алгоритмический язык Паскаль или Си и внутренние процедуры обработки сообщений программы, решения дифференциальных уравнений, вычисления сил общего типа. Сформированный файл управления, взаимодействуя с остальными компонентами ПК УМ, добавляет запрограммированные уравнения электрической части АП в общую систему уравнений модели.
При втором способе программирования уравнений используются возможности Matlab/Simulink, в частности, графическое представление дифференциальных операторов. Используя готовые блоки из библиотеки операторов пакета Simulink, уравнения электрической части АП представляют в виде структурной схемы.
Сгенерированные таким образом в пакете Simulink уравнения импортируют в ПК УМ с помощью мастера связи Matlab/Simulink и ПК УМ.
Оба способа аналогичны тем, что система уравнений электрической части описывается отдельно (в пакете Simulink или файле управления ПК УМ), а затем используется для нужд модели АП в ПК УМ.
Таблица 1 Параметры АП
Параметр Значение
Тип АД Номинальная мощность двигателя, Вт Коэффициент полезного действия Коэффициент мощности Взаимоиндуктивное сопротивление обмоток статора и ротора Активное сопротивление рассеяния обмоток статора Индуктивное сопротивление обмоток статора Активное сопротивление рассеяния обмоток ротора, приведенное к обмотке статора Индуктивное сопротивление обмоток ротора, приведенное к обмотке статора Синхронная частота вращения ротора, об/мин. Отношение пускового момента к номинальному Отношение критического момента к номинальному Номинальное скольжение, % №итйчтт&скйьжение(%сти модели АП 4А80А2У3 1500 81 0,85 2.5 0,084 0,051 0,049 0,081 3000 2,1 2.6 4,2 35,5
М0МЄН№ ИЙШЦИИМШОРа кг' Момент инерции зубчатого Момент инерции шестерни ; м Угловая скорость w (рад/сек) 2 С тноситОЛЬНаЯ ошиб- <КА,5Й84 0,000346
м Hhs к ЕЦ у & д & рле ор а Ё ое У. /“N Аналитические результаты [1]
Передаточноеічисло редукт( ра 80,3 79,3 1328
2 50,0 49,6 0,80
Отличие заключается в том, что первый способ требует достаточных знаний языков программирования (Ра8еа1 и С) и структуры ПК УМ. Второй способ значительно проще, так как при моделировании с использование БтиНпк реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из стандартных блоков библиотеки БтиНпк создает модель электрической части.
Рассмотрим в качестве примера АП, состоящий из АД, соединенного с одноступенчатым редуктором. Параметры АП [2] приведены в табл. 1.
Модель АП, сформированная с использованием ПК УМ и МаАаЬ/БтиНпк, имеет два входных сигнала: управляющее значение частоты напряжения электросети Г и угловую скорость выходного вала редуктора w. Выходным сигналом
является величина крутящего момента выходного вала редуктора М. В модели АП реализован закон управления U/f=const (U - напряжение электросети). Модель АП доступна в Интернете (http:// www.umlab.ru/download/30/acdrive.zip).
Проведено моделирование пуска АП без нагрузки при четырех значениях частоты f и напряжения U питающей электросети для закона управления U/f=const. Полученные зависимости угловой скорости w от времени t приведены на рис. 1.
На рис. 2 приведена зависимость угловой скорости w от времени t при ступенчатом изменении частоты f и, соответственно, напряжения по закону U/f = const.
Для оценки точности модели АП проведены два численных эксперимента.
IV, рад/с
Рис. 1. Зависимость угловой скорости выходного вала редуктора от времени і : 1 -
£=50 Гц, и=380 В; 2 - £=40 Гц, и=304 В; 3 -£=30 Гц, и=228 В; 4 - £=20 Гц, Ц=152 В)_
Эксперимент 1. К выходному валу АП приложен постоянный момент сопротивления МС = МН і (МН - номинальный моменту АД, МН = 5 Нм, і - передаточное число редуктора).
Эксперимент 2. Пуск АП без на-
м, рад/с 30
60
Г.Гц
1*0
20
Л во
1 1 1 1
І \ 1 во
і І
/ 4П
/ 1 / 1 1
?0
1 /
0
1 2 З і 5
І с
Рис. 2. Зависимость угловой скорости выходного вали редуктора от времени і при ступенчатом изменении частоты / и напряжения
грузки (МС = 0) при £ = 30 Гц и и = =228
В.
Сравнение результатов численного моделирования АП в ПК УМ и Ма^ ІаЬ/БішиІіпк с аналитическими результатами [1] приведено в табл. 2.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ключев, В.И. Теория электропривода / В.И. Ключев - М.: Энергоатомиздат, 1998. -704 с.
2. Асинхронные двигатели переменного тока серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф. - М.: Энергоиздат, 1982. -504 с.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------------------
Реутов Александр Алексеевич - начальник учебно-методического управления, доктор технических наук, доцент,
Мясников Александр Анатольевич - аспирант кафедры «Подъемно-транспортные машины», Брянский государственный технический университет.
