Дипломная работа: Разработка виртуальной лабораторной работы на базе виртуальной асинхронной машины в среде MATLAB

Создание моделей в пакете Simulink основывается на использовании технологии Drag-and-Drop (шаг за шагом). В качестве «кирпичиков» при построении S-модели применяются визуальные блоки (модули), которые сохраняются в библиотеках Simulink.

Библиотека блоков Simulink (рисунок 4.1) – это набор визуальных объектов, при использовании которых, соединяя отдельные блоки между собой линиями связей, можно составлять функциональную блок-схему любого устройства.

Рисунок 4.1 - Окно Simulink Library Browser

Сборка блок-схемы S-модели заключается в том, что графические изображения выбранных блоков с помощью мыши перетягиваются из окна раздела библиотеки в окно блок-схемы, а затем выходы одних блоков в окне блок-схемы соединяются со входами других блоков (также с помощью мыши). Соединение блоков выполняется следующим образом: указатель мыши подводят к определенному выходу нужного блока (при этом указатель должен приобрести форму крестика), нажимают левую кнопку и, не отпуская ее, перемещают указатель к нужному входу другого блока, а потом отпускают кнопку. Если соединение осуществлено верно, на входе последнего блока появится изображение черной стрелки.

Сборка модели осуществляется в рабочем поле специального окна (рисунок 4.2). Это окно имеет строку меню, панель инструментов и рабочее поле. Меню File (Файл) содержит команды, предназначенные для работы с МDL - файлами; меню Edit (Правка) - команды редактирования блок-схемы; меню View (Вид) команды изменения внешнего вида окна; меню Simulation (Моделирование) - команды управления процессом моделирования; меню Format (Формат) - команды редактирования формата (то есть команды, позволяющие изменить внешний вид отдельных блоков и блок-схемы в целом). Меню Tools (Инструменты) включает некоторые дополнительные сервисные средства, предназначенные для работы с S-моделью.

Рисунок 4.2 - Окно, в котором осуществляется сборка модели

Любая блок-схема моделируемой системы должна включать в себя один или несколько блоков-источников, генерирующих сигналы, которые, собственно, и вызывают «движение» моделируемой системы, и один или несколько блоков-приемников, которые позволяют получить информацию о выходных сигналах этой системы (увидеть результаты моделирования).

Запуск модели на выполнение осуществляется нажатием на кнопку , либо через меню Simulation→Start, остановка нажатием на кнопку , либо через меню Simulation→Stop, пауза - на кнопку , либо через меню Simulation→Pause, пауза активна, когда модель запущена на выполнение. Кнопки расположены на панели инструментов.

4.2 Преобразование уравнений асинхронной машины в неподвижной системе координат

Система уравнений (3.13) в операторной форме примет вид:

(4.1)

Для создания модели, из системы уравнений (4.1) выражаются токи и потокосцепления и система уравнений примет вид:

(4.2)

4.3 Расчёт параметров модели для АД серии 4А

Для моделирования выбран асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором марки 4А112M4У3 со следующими паспортными данными:

- номинальная выходная мощность Р2н=5.5 кВт,

- номинальное фазное напряжение обмотки статора U1н=220 В,

- номинальная частота тока f1=50 Гц,

- номинальный коэффициент полезного действия ηн= 85.5 %,

- номинальный коэффициент мощности статорной обмотки сosφ=0.85,

- критическое скольжение ротора Sk= 25 %,

- номинальное скольжение ротора Sн= 3.6 %,

- число пар полюсов: р=2,

- число фаз: m=3,

- скорость холостого хода: n1=1500 об/мин,

- момент инерции на валу машины: J=0,017 кг×м2,

- параметры Г-образной схемы замещения в режиме короткого замыкания (рисунок 4.3) в относительных единицах:

- в номинальном режиме:

R`1*=0.064, X`1*=0.078, R``2*=0.041, X``2*=0.13, Xm*=2.8,

- в режиме короткого замыкания:

R``2*кз=0.048, X``2*=0.062.

Рисунок 4.3 – Г-образная схема замещения

По известным паспортным данным АД и параметрам Г-образной схемы замещения рассчитываются параметры Т-образной схемы замещения в режиме короткого замыкания (рисунок 4.4) и коэффициенты системы уравнений (4.2) и параметры блоков модели АД.

Рисунок 4.4 – Т-образная схема замещения

Номинальный фазный ток статора

 А.(4.3)

Базисное значение сопротивления

 Ом.(4.4)

Угловая частота тока

 с-1. (4.5)

Реактивное сопротивление рассеяния статора в относительных единицах

Х1*=.(4.6)

Коэффициент, связывающий параметры машины в Т и Г-образной схемах замещения

.(4.7)

Реактивное сопротивление рассеяния фазы статора

 Ом.(4.8)

Активное сопротивление фазы статора

 Ом.(4.9)

Индуктивность рассеяния фазы статора

 Гн.(4.10)

Реактивное сопротивление рассеяния фазы ротора

 Ом.(4.11)

Активное сопротивление фазы ротора

 Ом.(4.12)

Индуктивность рассеяния фазы ротора

 Гн.(4.13)

Реактивное сопротивление взаимоиндукции

 Ом.(4.14)

Индуктивность взаимоиндукции

 Гн.(4.15)

Полная индуктивность фазы статора

 Гн.(4.16)

Полная индуктивность фазы ротора

 Гн.(4.17)

Суммарные потери мощности в двигатели

 Вт.(4.18)

Основные потери в обмотке статора

 Вт.(4.19)

Намагничивающий ток

 А.(4.20)

Потери в стали статора

 Вт,(4.21)

где  выбирается из диапазона 0.08-0.2.

Основные потери в обмотке ротора

 Вт.(4.22)

Суммарные потери в стали и механические

 Вт.(4.23)

Механические потери

 Вт.(4.24)

Скорость идеального холостого хода двигателя

 с-1.(4.25)

Номинальная скорость вращения двигателя

 с-1.(4.26)

Коэффициент трения

 Нּмּс.(4.27)

Коэффициенты системы уравнений обобщённой асинхронной машины:

 Ом,(4.28)

 Гн,(4.29)

с, (4.30)

с, (4.31)

.(4.32)

Параметры блоков модели обобщённой асинхронной машины:

 Сим, (4.33)

 с-1, (4.34)

 Ом, (4.35)

, (4.36)

 (кг•м2)-1. (4.37)

4.4 Структурная схема модели в неподвижной системе координат и её поблочное описание

По системе уравнений (4.2) собирается схема модели обобщённой машины в неподвижной системе координат (рисунок 4.5) с рассчитанными параметрами. На входы модели подаются напряжения, сдвинутые по фазе на 90 электрических градусов:

где - амплитудное значение номинального фазного напряжения.

При номинальном питающем напряжении реализуется прямой пуск АД

Рисунок 4.5 - Структурная схема модели обобщённой асинхронной машины в неподвижной системе координат

Блоки Usα и Usβ (рисунок 4.6) являются генераторами гармонических сигналов, Usα – косинусоиды, Usβ – синусоиды. Они имитируют работу источников напряжения.

Настраиваемыми параметрами являются:

Sine type – тип синусоидальной волны,

Amplitude - амплитуда сигнала, для данной схемы  В,

Bias смещение (постоянная составляющая синусоиды),

Frequency – угловая частота колебаний, для данной схемы равная ,

Phase начальная фаза (в радианах), равная:

 - для косинусоиды, 0 – для синусоиды,

Sample time – величина дискрета времени.

 

а)                                    б)

Рисунок 4.6 - Блок Usα: а) внешний вид, б) окно параметров

Блок  (рисунок 4.7) осуществляет умножение входного сигнала на постоянную величину, значение которой задаётся в настройке блока.

Аналогичные в схеме блоки: , , , , , .

Настраиваемыми параметрами являются:

Gain коэффициент усиления, для данной схемы =5.756,

Multiplication – тип способа умножения.

 

а)                                    б)

Рисунок 4.7 - Блок : а) внешний вид, б) окно параметров

Блок Sum (рисунок 4.8) суммирует поступающие на него сигналы (в том числе с разными знаками).

Настраиваемыми параметрами являются:

Icon shape – форма изображения (круг или прямоугольник),

List of signs – список входов и их знаки.

а)                                    б)

Рисунок 4.8 - Блок Sum: а) внешний вид, б) окно параметров

Блок  (рисунок 4.9) реализует звено введённой в него передаточной функции. Аналогичный в схеме блок: .

Настраиваемыми параметрами являются:

Numerator – числитель, для данной схемы ,

Denominator – делитель, для данной схемы .

а)                                    б)

Рисунок 4.9 - Блок : а) внешний вид, б) окно параметров

Блок Klych (рисунок 4.10) служит для переключения типа момента нагрузки на валу, либо М2 либо α•М2. Переключение происходит при двойном нажатии правой кнопкой мыши на блоке.

Настраиваемых параметров не имеет.

Рисунок 4.10 - Блок Klych

Блок Product (рисунок 4.11) выполняет умножение (деление) входных сигналов.

Настраиваемыми параметрами являются:

Number of inputs – количество входов,

Multiplication – тип способа умножения.

а)                          б)

Рисунок 4.11 - Блок Product: а) внешний вид, б) окно параметров

Блок М2 (рисунок 4.12) формирует постоянную величину нагрузки на валу, которая является неизменной во времени.

Настраиваемыми параметрами являются:

Constant value – постоянная величина.

а)                          б)

Рисунок 4.12 - Блок М2: а) внешний вид, б) окно параметров

Блок α•М2 (рисунок 4.13) является задатчиком нагрузки и устанавливает на валу линейно изменяющийся во времени момент нагрузки.

Настраиваемыми параметрами являются:

Slope изменение величины за 1 секунду. В зависимости от знака возрастает или убывает,

Start time – момент времени в который начинает изменятся нагрузка,

Initial output – начальное значение, с которого начнётся изменение нагрузки.

а)                                   б)

Рисунок 4.13 - Блок α•М2: а) внешний вид, б) параметры

Блок Integrator (рисунок 4.14) представляет идеальное интегрирующее звено. Он позволяет осуществить интегрирование поступающего на него сигнала в непрерывном времени.

Настраиваемыми параметрами являются:

External reset подключение дополнительного управляющего сигнала,

Initial condition source – определение источника (внутренний или внешний),

Initial condition начальное значение выходной величины,

Limit output ограничение величины выхода,

Upper saturation limit – верхнее предельное значение выходной величины,

Lower saturation limit – нижнее предельное значение выходной величины,

Show saturation port – показать порт насыщения,

Show state port – показать порт состояния,

Absolute tolerance допустимая предельная величина абсолютной погрешности.

а)                                   б)

Рисунок 4.14 - Блок α•М2: а) внешний вид, б) параметры

Графический дисплей «wm, M=f(t)» (рисунок 4.15) позволяет в ходе моделирования наблюдать графики переходных процессов скорости и момента во времени. По горизонтальной оси откладывается значение модельного времени, а по вертикали значение входной величины, отвечающее этому моменту времени. Окно параметров вызывается нажатием на иконку .

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8