Исследование электромеханических переходных процессов при пуске синхронного двигателя

Министерство образования РФ

Вятский государственный университет

Кафедра  электрических машин  и  аппаратов

Лабораторная работа № 3

ИССЛЕДОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ  ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПУСКЕ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Дисциплина: “Математическое моделирование”

Выполнили: студенты группы ЭМ-42                                                                             Харченко В.В.

                                                                                    Зонов А.С.

                                                                                            Карпачев С.В.           

                                                                                            Садаков А.В.

Проверил: преподаватель                                                                             Шестаков А.В.

Киров  2005

1. Цель работы:  изучение математической модели синхронного двигателя, учитывающей насыщение магнитной системы и потери в стали; сравнение результатов расчета по классической и предлагаемой моделям; изучение программы расчета на ЭВМ переходных процессов при  пуске синхронного двигателя.

2. Порядок выполнения работы

2.1 Ознакомиться с общепринятой динамической моделью синхронного двигателя.

2.2  Ознакомиться с методикой учета насыщения и потерь в стали при расчетах переходных процессов в синхронных машинах.

2.3 Ввести исходные данные в соответствии с заданием в программу “SDPUSKt. BAS” при  различных  моментах инерции (по указанию преподавателя). Выполнить расчет переходного процесса без учета насыщения и потерь в стали. Построить графики i_a= f(t), i_f = f(t), M_эм = f(t), n_r = f(t).

2.4 Ввести исходные данные и выполнить расчет переходного процесса по программе “SDPUSKNt. BAS” с учетом насыщения и потерь в стали.

2.5  Нанести на кривые i_a= f(t), i_f = f(t),M_эм = f(t), n_r = f(t) , рассчитанные по программе  “SDPUSKt. BAS”, значения переменных   из программы “SDPUSKNt. BAS”.

2.6  Оформить отчет и ответить на вопросы.

Смешанная система дифференциальных уравнений синхронного двигателя (СД) в осях d и q, вращающихся вместе с ротором, согласно /1/, имеет вид:

    (1)               

где  -  напряжение обмотки возбуждения;

,,, - соответственно активные сопротивления обмоток якоря, возбуждения, демпферной обмотки по продольной и поперечной осям;

,,,, - соответственно потокосцепления обмоток якоря по осям d и q, обмотки возбуждения, демпферной обмотки по осям d и q;

,,,, - токи соответствующих обмоток; все параметры в о.е.

В качестве базисных величин для расчета в о.е. используются:

U_баз=U_m,ном; I_баз=I_m,ном; Z_баз=U_ном/I_ном; y_баз=U_баз/w₁; L_баз=Z_баз/w₁;

w₁=2p¦₁ - угловая частота, с^-1;

t=w₁t - относительное время.

q - угол нагрузки СД, рад. (в системе осей (d, q) является углом между осью -q и вектором U сети);

- угловая частота вращения ротора, о.е.;

J - момент инерции ротора, кг×м²;

 - электромагнитный  момент, о.е.;

 - момент сопротивления нагрузки, о.е.;

 - момент от трения в подшипниках и от вентиляционных потерь, о.е.;

g_r - угол между осью -q ротора и осью неподвижной системы координат, рад.;

В качестве базисного момента используется величина, Н×м:

 ,

где S_баз= mI_баз×U_баз - базисная мощность, В×А;

p - число пар полюсов СД.

Программа моделирования пуска трехфазного СД на холостой ход с учетом насыщения и потерь в стали находится в файле “SDPUSKNt. BAS”.

Идентификаторы исходных данных:

UF - UF U_f  - напряжение обмотки возбуждения, В;

UHF1 - U_1нф -  номинальное фазное напряжение, В;

IHF1 - I_1нф -  номинальный фазный ток, А;

XGA - X_s - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора, Ом;

XAD - X_ad - индуктивное сопротивление продольной реакции якоря, Ом;

XAQ - X_aq - индуктивное сопротивление поперечной реакции якоря, Ом;

XGF - X_sf - индуктивное сопротивление рассеяния обмотки возбуждения, Ом;

R1 - R_a - активное сопротивление обмотки статора, Ом;

RF - R_f - активное сопротивление обмотки возбуждения, Ом;

F1 - f - частота сети, Гц;

H -  шаг интегрирования, с;

KGO - g_r,0 - угол между осями  A и d (начальная фаза переходного процесса), рад;

XGUD - X_syd - индуктивное сопротивление рассеяния демпферной  обмотки по оси d, Ом;

XGUQ - X_syq - индуктивное сопротивление рассеяния демпферной  обмотки по оси q, Ом;

RUD - R_yd - активное сопротивление  демпферной  обмотки по оси d, Ом;

RUQ - R_yq - активное сопротивление  демпферной  обмотки по оси q, Ом;

C - m - число фаз СД;

P - p - число пар полюсов СД;

MOTN - -относительное значение момента сопротивления, о.е.;

PNOM -P_ном - номинальная мощность СД, кВт;

RP -R_п - пусковое сопротивление, Ом;

MJ - J - момент инерции ротора СД, кг×м²;

PMX -P_мех - сумма механических и вентиляционных потерь, Вт;

COSFI - cos(j_ном) - номинальное значение косинуса угла между напряжением и током СД, о.е.;

PCC -P_c,s - магнитные потери в стали статора при номинальной ЭДС, Вт;

PCR - P_c,r - магнитныепотери в стали ротора, Вт, при S = 1;

PCDB - P_с,дб - добавочные потери, Вт, при S = 1;

KA1,KA2, KA3, KA4, KA5, KA6, KA7, KLIN - коэффициенты аппроксимации;

DELS - d¢ -среднее  значение  воздушного  зазора  при  его  эксцентрической форме, м;

TAU- t- полюсное деление, м;

KAD -k_ad - коэффициент формы поля по продольной оси;

KAQ - k_aq- коэффициент формы поля по поперечной  оси.

 Идентификаторы выходных данных:

T - t - текущее время, с;

IF - i_f - текущее значение тока возбуждения, о.е.;

IA - i_a - текущее значение тока фазы А статора, о.е.;

ME -M_эм - текущее значение электромагнитного момента, Н×м;

N - n_r - текущее значение частоты вращения ротора, мин^-1.

Программа моделирования  пуска СД на холостом ходу  без учета насыщения и потерь в стали находится в файле “SDPUSKt. BAS”.

1 Расчет переходного процесса при пуске синхронного двигателя без учета насыщения и потерь в стали.

        1)  При угле между осями  A и d (начальной фазе переходного процесса)

  g_r,0 =0, рад

Исходные данные:

UF =  12                   UH1 =  230                  IH1 =  9,02                 F1 =  50        

        KGO =  0                  H =  0,0016667            XGA= 1,08                XAD= 29,9