Помощь студентам в учебе
Динамические процессы многофазного асинхронного двигателя в пуско-тормозных режимах
|
Введение
1 Актуальность и устройство асинхронных электродвигателей с фазным ро¬тором 11
1.1 Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором 11
1.2 Принцип работы. Вращающееся магнитное поле 13
1.3 Преобразование энергии 19
1.4 Подключение асинхронного двигателя. Звезда и треугольник 20
1.5 Управление асинхронным двигателем, прямое подключение к сети
питания 23
1.6 Частотное управление асинхронным электродвигателем 24
2 Математическое описание электропривода переменного тока 27
2.1 Математическое описание трехфазного асинхронного двигателя .... 27
2.2 Введение обобщённого пространственного комплекса 29
2.3 Описание асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 33
3 Моделирование электромеханических систем в пакете SIMULINK системы
MATLAB 38
3.1 Краткие сведения о пакете динамического моделирования Simulink
системы MATLAB 38
3.2 Полезные советы при моделировании в Simulink системы
MATLAB 46
4 Моделирование асинхронного короткозамкнутого трехфазного двигателя в
собственной системе координат 49
Заключение 56
Список использованных источников 57
1 Актуальность и устройство асинхронных электродвигателей с фазным ро¬тором 11
1.1 Устройство асинхронных электродвигателей с фазным ротором 11
1.2 Принцип работы. Вращающееся магнитное поле 13
1.3 Преобразование энергии 19
1.4 Подключение асинхронного двигателя. Звезда и треугольник 20
1.5 Управление асинхронным двигателем, прямое подключение к сети
питания 23
1.6 Частотное управление асинхронным электродвигателем 24
2 Математическое описание электропривода переменного тока 27
2.1 Математическое описание трехфазного асинхронного двигателя .... 27
2.2 Введение обобщённого пространственного комплекса 29
2.3 Описание асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 33
3 Моделирование электромеханических систем в пакете SIMULINK системы
MATLAB 38
3.1 Краткие сведения о пакете динамического моделирования Simulink
системы MATLAB 38
3.2 Полезные советы при моделировании в Simulink системы
MATLAB 46
4 Моделирование асинхронного короткозамкнутого трехфазного двигателя в
собственной системе координат 49
Заключение 56
Список использованных источников 57
Асинхронная машина это электрическая машина переменного тока, частота вращения ротора которой не равна частоте вращения магнитного поля,
создаваемого током обмотки статора.
В некоторых странах к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин, индукционные
машины, это объясняется тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве
электродвигателей и являются основными преобразователями электрической
энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:
1. Простота изготовления.
2. Относительная дешевизна.
3. Высокая надѐжность в эксплуатации.
4. Невысокие эксплуатационные затраты.
5. Возможность включения в сеть без каких-либо преобразователей
(для нагрузок, не нуждающихся в регулировке скорости).
Все вышеперечисленные достоинства являются следствием отсутствия
механических коммутаторов в цепи ротора и привели к тому, что большинство электродвигателей, используемых в промышленности - это асинхронные
машины, в исполнении асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Недостатки асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:
1. Небольшой пусковой момент.
2. Значительный пусковой ток.
3. Низкий коэффициент мощности.
4. Сложность регулирования скорости с необходимой точностью.
5. Максимальная скорость двигателя ограничена частотой сети (для
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, питаемых
непосредственно от трѐхфазной сети 50 Гц - это 3000 об/мин).
6. Сильная зависимость (квадратичная) электромагнитного момента
от напряжения питающей сети (при изменении напряжения в 2
раза вращающий момент изменяется в 4 раза; у ДПТ вращающий
момент зависит от напряжения питания якоря в первой степени,
что более благоприятно).
Самый совершенный подход к устранению вышеуказанных недостатков - это питание двигателя через частотный преобразователь, в котором
управление производится по сложным алгоритмам.
Большой вклад в создание асинхронных двигателей внесли Галилео
Феррарис и Никола Тесла. В 1888 году Галилео опубликовал свои исследования в статье для Королевской академии наук в Турине (в том же году Никола Тесла получил патент США), в которой изложил теоретические основы асинхронного двигателя. Заслуга Феррариса в том, что, сделав ошибочный вывод
о небольшом КПД асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к
проблеме совершенствования асинхронных машин. Статья Феррариса, опубликованная в журнале «Атти ди Турино», была перепечатана английским
журналом и в июле 1888 года попала на глаза выпускнику Дармштадтского
высшего технического училища, выходцу из Российской Империи Михаилу
Осиповичу Доливо-Добровольскому. Уже в 1889 году ДоливоДобровольский получил патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо» (германский патент №
51083 от 8 марта 1889 года под названием «Anker für Wechselstrommotoren»),
а в 1890-м - патенты в Англии № 20425 и Германии № 75361 на фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами. Это изобретение открыло эру
массового промышленного применения электрических машин. В настоящее
время асинхронный двигатель является самым распространенным электродвигателем.[1]
Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделѐнные воздушным
зазором. Активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую
прочность, жѐсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.
Обмотка статора представляет собой трѐхфазную (многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120. Фазы обмотки
статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и
подключают к сети трѐхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают
из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является
шихтовка.
По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа
имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением
обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора - из пластин электротехнической стали.
создаваемого током обмотки статора.
В некоторых странах к асинхронным машинам причисляют также коллекторные машины. Второе название асинхронных машин, индукционные
машины, это объясняется тем, что ток в обмотке ротора индуцируется вращающимся полем статора. Асинхронные машины сегодня составляют большую часть электрических машин, применяясь главным образом в качестве
электродвигателей и являются основными преобразователями электрической
энергии в механическую, в подавляющем большинстве это асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором.
Достоинства асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:
1. Простота изготовления.
2. Относительная дешевизна.
3. Высокая надѐжность в эксплуатации.
4. Невысокие эксплуатационные затраты.
5. Возможность включения в сеть без каких-либо преобразователей
(для нагрузок, не нуждающихся в регулировке скорости).
Все вышеперечисленные достоинства являются следствием отсутствия
механических коммутаторов в цепи ротора и привели к тому, что большинство электродвигателей, используемых в промышленности - это асинхронные
машины, в исполнении асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Недостатки асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором:
1. Небольшой пусковой момент.
2. Значительный пусковой ток.
3. Низкий коэффициент мощности.
4. Сложность регулирования скорости с необходимой точностью.
5. Максимальная скорость двигателя ограничена частотой сети (для
асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, питаемых
непосредственно от трѐхфазной сети 50 Гц - это 3000 об/мин).
6. Сильная зависимость (квадратичная) электромагнитного момента
от напряжения питающей сети (при изменении напряжения в 2
раза вращающий момент изменяется в 4 раза; у ДПТ вращающий
момент зависит от напряжения питания якоря в первой степени,
что более благоприятно).
Самый совершенный подход к устранению вышеуказанных недостатков - это питание двигателя через частотный преобразователь, в котором
управление производится по сложным алгоритмам.
Большой вклад в создание асинхронных двигателей внесли Галилео
Феррарис и Никола Тесла. В 1888 году Галилео опубликовал свои исследования в статье для Королевской академии наук в Турине (в том же году Никола Тесла получил патент США), в которой изложил теоретические основы асинхронного двигателя. Заслуга Феррариса в том, что, сделав ошибочный вывод
о небольшом КПД асинхронного двигателя и о нецелесообразности применения систем переменного тока, он привлек внимание многих инженеров к
проблеме совершенствования асинхронных машин. Статья Феррариса, опубликованная в журнале «Атти ди Турино», была перепечатана английским
журналом и в июле 1888 года попала на глаза выпускнику Дармштадтского
высшего технического училища, выходцу из Российской Империи Михаилу
Осиповичу Доливо-Добровольскому. Уже в 1889 году ДоливоДобровольский получил патент на трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа «беличье колесо» (германский патент №
51083 от 8 марта 1889 года под названием «Anker für Wechselstrommotoren»),
а в 1890-м - патенты в Англии № 20425 и Германии № 75361 на фазный ротор с кольцами и пусковыми устройствами. Это изобретение открыло эру
массового промышленного применения электрических машин. В настоящее
время асинхронный двигатель является самым распространенным электродвигателем.[1]
Асинхронная машина имеет статор и ротор, разделѐнные воздушным
зазором. Активными частями являются обмотки и магнитопровод (сердечник); все остальные части - конструктивные, обеспечивающие необходимую
прочность, жѐсткость, охлаждение, возможность вращения и т. п.
Обмотка статора представляет собой трѐхфазную (многофазную) обмотку, проводники которой равномерно распределены по окружности статора и пофазно уложены в пазах с угловым расстоянием 120. Фазы обмотки
статора соединяют по стандартным схемам «треугольник» или «звезда» и
подключают к сети трѐхфазного тока. Магнитопровод статора перемагничивается в процессе изменения тока в обмотке статора, поэтому его набирают
из пластин электротехнической стали для обеспечения минимальных магнитных потерь. Основным методом сборки магнитопровода в пакет является
шихтовка.
По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа
имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением
обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора - из пластин электротехнической стали.
Асинхронные трехфазные двигатели широко используют в народном
хозяйстве, например, станки и оборудование, автоматика, телемеханика и
т.д.. Также асинхронные двигатели применяются в промышленности, например, для приводов крановых установок общепромышленного назначения,
различных грузовых лебедок и других устройств, необходимых в производстве. Электродвигатели переменного тока имеют огромное значение для
большинства видов промышленности.
На сегодняшний момент асинхронные электродвигатели прочно вошли
в современную промышленность. От их надежности и качества зависит все
производство. Не важно, стиральная машина или ткацкий станок, складское
оборудование или система вентиляции - работа многих машин невозможна
без исправной работы электромотора.
Изучен принципы работы и подключения асинхронных двигателей.
Составлено математическое описание трехфазного асинхронного двигателя на примере обобщенной асинхронной машины. На основе составленного математического описания была исследована работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Разработана компьютерная модель асинхронного короткозамкнутого
трехфазного двигателя в собственной системе координат, в среде MATLAB
Simulink.
В данной выпускной квалификационной работе разработана программа
в блоке MATLABFunction, для двигателей мощностью 55кВт и 4 кВт. Получены осциллограммы переходных процессов для данных двигателей, а также
их динамические механические характеристики в относительных единицах.
В результате сделан вывод, что моделирование асинхронного двигателя
в трехфазной системе координат даѐт меньшую погрешность. Этот метод так
же позволяет исследовать динамику многофазных асинхронных двигателей.
хозяйстве, например, станки и оборудование, автоматика, телемеханика и
т.д.. Также асинхронные двигатели применяются в промышленности, например, для приводов крановых установок общепромышленного назначения,
различных грузовых лебедок и других устройств, необходимых в производстве. Электродвигатели переменного тока имеют огромное значение для
большинства видов промышленности.
На сегодняшний момент асинхронные электродвигатели прочно вошли
в современную промышленность. От их надежности и качества зависит все
производство. Не важно, стиральная машина или ткацкий станок, складское
оборудование или система вентиляции - работа многих машин невозможна
без исправной работы электромотора.
Изучен принципы работы и подключения асинхронных двигателей.
Составлено математическое описание трехфазного асинхронного двигателя на примере обобщенной асинхронной машины. На основе составленного математического описания была исследована работа асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Разработана компьютерная модель асинхронного короткозамкнутого
трехфазного двигателя в собственной системе координат, в среде MATLAB
Simulink.
В данной выпускной квалификационной работе разработана программа
в блоке MATLABFunction, для двигателей мощностью 55кВт и 4 кВт. Получены осциллограммы переходных процессов для данных двигателей, а также
их динамические механические характеристики в относительных единицах.
В результате сделан вывод, что моделирование асинхронного двигателя
в трехфазной системе координат даѐт меньшую погрешность. Этот метод так
же позволяет исследовать динамику многофазных асинхронных двигателей.