ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
Лабораторная работа 9
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Цель работы: изучить методы компьютерного моделирования физических моделей силовых электрических преобразо-
вателей.
Общие положения [2]
Для компьютерного моделирования стенд УСЭМ-2 с помощью специального разъёма подключается к персональному
компьютеру Pentium-4 посредством внешнего устройства сбора аналоговой информации с USB портом. В данной работе
подключаются аналоговые сигналы входных параметров АД (Р
А
, Р
В
, Р
С
, I, V) и параметры ГПН (V, I, n
2
).
Электромагнитный момент АД создается взаимодействием тока в обмотке ротора с вращающимся магнитным полем.
Электромагнитный момент М пропорционален электромагнитной мощности:
;/
1эм
ω
=
PM (9.1)
,/260/2
111
pfn π
=
π
=
ω
(9.2)
где ω – угловая синхронная скорость вращения магнитного поля статора.
Подставив в (9.1) значение электромагнитной мощности
,
2
2
212э
rImP
′′
= получим
),/(
12
2
21
srImM ω
′′
= (9.3)
т.е. электромагнитный момент АД пропорционален мощности электрических потерь в обмотке ротора.
.
])()/[(2
2
21
2
211
2
2
11
sxxsrrf
rUpm
M
′
++
′
+π
′
=
(9.4)
По уравнению (9.4) строятся механические характеристики асинхронного двигателя: при номинальных параметрах, при
изменении напряжения сети и активного сопротивления обмотки ротора.
Рабочие характеристики АД представляют собой графические выражения зависимости частоты вращения n
2
, КПД η,
полезного момента (момент на валу) M
2
, коэффициента мощности сosφ
1
и тока статора I
1
от полезной мощности P
2
при U
1
=
const и f
1
= const.
Скоростная характеристика n
2
= f (P
2
). Частота вращения ротора асинхронного двигателя
).1(
12
snn
−
=
Скольжение
,
эм
э2
P
P
s =
(9.5)
т.е. скольжение двигателя, а следовательно, и его частота вращения определяется отношением электрических потерь в рото-
ре к электромагнитной мощности P
эм
. Пренебрегая электрическими потерями в роторе в режиме холостого хода, можно при-
нять P
э2
= 0, а поэтому s
0
≈ 0 и n
20
≈ n
1
. По мере увеличения нагрузки на валу двигателя отношение (9.5) растет, достигая
значений 0,01…0,08 при номинальной нагрузке. В соответствии с этим зависимость n
2
= f (P
2
) представляет собой кривую,
слабо наклоненную к оси абсцисс. Однако при увеличении активного сопротивления ротора r
2
′ угол наклона этой кривой
увеличивается.
Зависимость M
2
= f (P
2
). Зависимость полезного момента на валу двигателя M
2
от полезной мощности P
2
определяется
выражением
./55,9)2/(60/
2222222
nPnPPM =π
=
ω
=
(9.6)
Из этого выражения следует, что если n
2
= const, то график M
2
= f (P
2
) представляет собой прямую линию. Но в АД с
увеличением нагрузки P
2
частота вращения ротора уменьшается, а следовательно, полезный момент на валу M
2
с увеличени-
ем нагрузки возрастает несколько быстрее нагрузки, а следовательно, график M
2
= f (P
2
) имеет криволинейный вид.
Зависимость cos φ
1
= f (P
2
). В связи с тем, что ток статора I
1
имеет реактивную (индуктивную) составляющую, необхо-
димую для создания магнитного поля в статоре, коэффициент мощности АД меньше единицы. Наименьшее значение коэф-
фициента мощности соответствует режиму холостого хода. Объясняется это тем, что ток холостого хода I
0
при любой на-
грузке остается практически неизменным. Поэтому при малых нагрузках двигателя ток статора невелик и в значительной
степени является реактивным. Коэффициент мощности АД в режиме холостого хода обычно не превышает 0,2. При увеличе-
нии нагрузки на валу двигателя растет активная составляющая тока I
1
и коэффициент мощности возрастает, достигая наибольшего
значения (0,80…0,90) при нагрузке, близкой к номинальной. Дальнейшее увеличение нагрузки сопровождается уменьшением
cos φ
1
, что объясняется возрастанием индуктивного сопротивления ротора за счет увеличения скольжения, а следовательно,
и частоты тока в роторе.
Все эти перечисленные характеристики можно получить с помощью внешнего устройства сбора аналоговой и цифро-
вой информации с usb портом и частотой дискретизации 400 кГц «USB-3».
Устройство работает с программой ADCLab, которая позволяет использовать устройство сбора данных без написания
собственных программ для расчета и построения графиков. Использование дополнительного программного обеспечения
SAVER дает возможность продолжительного сбора данных и записи их в файл на жесткий диск компьютера.
