Модельная динамика однофазной асинхронной машины с беличьим ротором
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины
Эта машина имеет две обмотки: основную и вспомогательную. С моделью Вы можете моделировать расщепленную фазу, конденсаторное начало, конденсаторный конденсатор начала управляемые, и главные & вспомогательные рабочие режимы обмоток.
Для режима разделения фаз основная и вспомогательная обмотки соединены следующим образом:
Для режима «конденсатор-пуск» основная и вспомогательная обмотки соединены между собой следующим образом:
Для режима работы конденсатора-пускового конденсатора основная и вспомогательная обмотки соединены следующим образом:
Электрическая часть машины представлена моделью пространства состояния четвертого порядка, а механическая часть - системой второго порядка. Все электрические переменные и параметры относятся к статору, обозначенному следующими простыми знаками в уравнениях машины. Все величины статора и ротора находятся в системе отсчета статора (dq). Подстрочные индексы определены в следующей таблице.
Нижний индекс | Определение |
|---|---|
d | Количество по оси d |
q | количество по оси q |
r | Относится к количеству ротора основной обмотки |
R | Относится к количеству ротора вспомогательной обмотки |
s | Количество статора основной обмотки |
S | Количество статора вспомогательной обмотки |
l | Индуктивность утечки |
m | Намагничивающая индуктивность |
| Vqs = Rsiqs + dфqs/dt | dwfqs = Lssiqs + Lmsi 'qr | |
| Vds = RSids + doftds/dt | dwfds = LSSid + LmSi 'dr | |
| V 'qr = R' ri 'qr + d' qr/dt - (Ns/NS) | start' qr = L 'ri' qr + Lmsiqs | |
| V 'dr = R' Ri 'dr + d' dr/dt + (NS/Ns) | где | start' dr = L'RRi 'dr + LmSids |
| Te = p [(NS/Ns) | Lss = Lls + Lms | |
| LSS = LlS + LmS | ||
| L 'rr = L' lr + Lms | ||
| L'RR = L 'lR + LmS |
Tm2Hdдтм =
Опорная рамка
Опорный кадр, закрепленный в статоре, преобразует напряжения и токи в кадр dq.
Следующие отношения описывают преобразования кадров ab-dq, применяемые к однофазной асинхронной машине.
cos (startr)] [farfbr].
Переменная f может представлять напряжение, токи или связь потока.
Параметры однофазного асинхронного машинного блока определяются следующим образом (все величины относятся к статору).
Параметр | Определение |
|---|---|
Rs, Lls | Сопротивление статора основной обмотки и индуктивность утечки |
RS, LlS | Сопротивление статора вспомогательной обмотки и индуктивность утечки |
R′r, L′lr | Сопротивление ротора основной обмотки и индуктивность утечки |
R′R, L′lR | Сопротивление ротора вспомогательной обмотки и индуктивность утечки. Эти два значения равны значениям сопротивления ротора основной обмотки и индуктивностей утечки соответственно. |
Lms | Индуктивность намагничивания основной обмотки |
LmS | Индуктивность намагничивания вспомогательной обмотки |
Лсс, L′rr | Суммарные индуктивности статора и ротора основной обмотки |
ЛСС, L′RR | Суммарные индуктивности статора и ротора вспомогательной обмотки |
Вас, иас Vbs, ibs Vqs, iqs | Напряжение и ток статора основной обмотки Напряжение и ток статора вспомогательной обмотки напряжение и ток статора по оси q |
V′qr, i′qr | напряжение и ток ротора по оси q |
Vds, ids | Напряжение и ток статора d оси |
V′dr, i′dr | Напряжение и ток ротора по оси d |
ϕqs, ϕds | Потоки по оси q и d статора |
ϕ′qr, ϕ′dr | Потоки по осям ротора q и d |
ωm | Угловая скорость ротора |
Θm | Угловое положение ротора |
p | Количество пар полюсов |
ωr | Электрическая угловая скорость (λ m x p) |
Θr | Угловое положение ротора электрооборудования (Startm x p) |
Те | Электромагнитный момент |
TM | Механический крутящий момент вала |
J F | Комбинированный коэффициент инерции ротора и нагрузки в (кг.м2). Для моделирования блокированного ротора установите значение «бесконечно». КОМБИНИРОВАННЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ РОТОРА И НАГРУЗКИ. |
H | Комбинированный ротор и постоянная инерции нагрузки в (ах). Для моделирования блокированного ротора установите значение «бесконечно». |
Не уточнено НЕ УТОЧНЕНО Rst Cs Rrun Crun | Количество эффективных витков основной обмотки. Количество эффективных витков вспомогательной обмотки. Конденсатор - пусковое сопротивление Конденсатор - Пуск Сопротивление при пробеге конденсатора Работа конденсатора |
N | Соотношение количества эффективных витков вспомогательной обмотки и количества эффективных витков основной обмотки. |
Для задания электрических и механических параметров модели можно выбрать два типа единиц измерения: диалоговое окно «на единицу» и диалоговое окно «СИ». Оба блока моделируют одну и ту же машину. В зависимости от диалогового окна, которое Вы используете, Simscape™ Electrical™, Специализированные Энергосистемы автоматически преобразовывают параметры, в которые Вы определяете за параметры единицы. Модель Simulink ® однофазного асинхронного машинного блока использует параметры единицы измерения.
Выберите крутящий момент, приложенный к валу, в качестве входа Simulink блока или для представления вала машины вращающимся механическим портом Simscape.
Выбрать Torque Tm (по умолчанию) для задания ввода крутящего момента в N.m или pu и изменения метки ввода блока на Tm. Скорость машины определяется инерцией J машины (или постоянной Н инерции машины) и разницей между приложенным механическим крутящим моментом Tm и внутренним электромагнитным крутящим моментом Те. Условное обозначение механического крутящего момента - когда частота вращения положительная, сигнал положительного крутящего момента указывает режим работы двигателя, а отрицательный сигнал указывает режим работы генератора.
Выбрать Mechanical rotational port для добавления в блок механического поворотного порта Simscape, который позволяет соединять вал машины с другими блоками Simscape, имеющими механические поворотные порты. Вход Simulink, представляющий механический крутящий момент Tm машины, затем удаляется из блока.
На следующем рисунке показано, как подключить блок источника идеального крутящего момента из библиотеки Simscape к валу машины, чтобы представить машину в режиме двигателя или в режиме генератора, когда частота вращения ротора положительная.
Укажите диалоговое окно на единицу измерения или диалоговое окно СИ. По умолчанию: SI.
Укажите один из четырех типов однофазных асинхронных машин: Split Phase (по умолчанию), Capacitor-Start, Capacitor-Start-Run, или Main & auxiliary windings.
Если этот флажок установлен, на выходе измерения используются имена сигналов для идентификации меток шины. Эта опция используется для приложений, для которых метки сигналов шины должны содержать только буквенно-цифровые символы.
Если флажок снят (по умолчанию), на выходе измерения используется определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неальфанумерные символы, несовместимые с некоторыми приложениями Simulink.
Номинальная кажущаяся мощность Pn (VA), среднеквадратичная мощность Vn (V) и частота fn (Гц). По умолчанию: [ .25*746 110 60].
Сопротивление статора Rs (Λ или pu) и индуктивность утечки Lls (H или pu). По умолчанию: [2.02 7.4e-3] (SI) и [0.031135 0.042999] (pu).
Сопротивление ротора Rr '(Λ или pu) и индуктивность утечки Llr' (H или pu) относятся к статору. По умолчанию: [4.12 5.6e-3] (SI) и [0.063502 0.03254] (pu).
Намагничивающая индуктивность Lms (H или pu). По умолчанию: 0.1772 (SI) и 1.0296 (pu).
Сопротивление статора RS (Λ или pu) и индуктивность утечки L1S (H или pu). Следует отметить, что параметры ротора вспомогательной обмотки принимаются равными значениям сопротивления ротора основной обмотки и индуктивностей утечки. Поэтому указывать их в диалоговом окне не требуется. По умолчанию: [7.14 8.5e-3] (SI) и [0.11005 0.049391] (pu).
Для диалогового окна единиц СИ: комбинированная машина и коэффициент инерции нагрузки J (kg.m2), комбинированный коэффициент трения вязкости F (N.m.s), число пар полюсов p и отношение числа эффективных витков вспомогательной обмотки и число эффективных витков основной обмотки. pu: постоянная инерции H (s), объединенный коэффициент трения F (pu) и число пар полюсов p. По умолчанию [0.0146 0 2 1.18] (SI) и [1.3907 0 2 1.18] (pu).
Начальная емкость Cs (farad или pu) и сопротивление конденсатора серии Rst (Λ или pu). По умолчанию: [2 254.7e-6] (SI) и [0.030826 6.2297] (pu).
Пропускная емкость Crun (фарад или pu) и последовательное сопротивление Rrun (фарад или pu). По умолчанию: [18 21.1e-6] (SI) и [0.27744 0.51608] (pu).
Указывает скорость (%) при отключении вспомогательной обмотки. По умолчанию: 75.
Начальная скорость (%). По умолчанию: 0.
Указывает время выборки, используемое блоком. Чтобы наследовать время выборки, указанное в блоке Powergui, задайте для этого параметра значение −1 (по умолчанию).
TmВход Simulink блока - это механический крутящий момент на валу машины. При использовании маски параметров СИ вход является сигналом в N.m; в противном случае он находится в pu.
mВыход Simulink блока представляет собой вектор, содержащий сигналы измерения. Демультиплексировать эти сигналы можно с помощью блока выбора шины, предоставленного в библиотеке Simulink. В зависимости от типа используемой маски единицы измерения находятся в SI или в pu.
Имя | Определение | Единицы |
|---|---|---|
iar | Ток ротора ir_a | A или pu |
ibr | Ток ротора ir_b | A или pu |
iqr | Ток ротора iq | A или pu |
idr | Идентификатор тока ротора | A или pu |
phiqr | phir_q потока ротора | В.с. или пу |
phidr | phir_d потока ротора | В.с. или пу |
МСФО | Ток статора главной обмотки ia | A или pu |
ibs | Ток статора вспомогательной обмотки ib | A или pu |
phiqs | Статорный флюс phis_q (V.s) | В.с. или пу |
phids | Статорный флюс phis_d (V.s) | В.с. или пу |
vc | Конденсатор напряжения Vc | V или pu |
w | Частота вращения ротора | рад/с |
Те | Электромагнитный момент Te | Н.м или пу |
тета | Угол ротора тетам | радиус |
Однофазный асинхронный машинный блок не включает представление потерь железа и насыщения.
power_singlephaseASM В примере показано использование однофазного асинхронного машинного блока в двух режимах работы.
[1] Краузе, П.К., О. Васынчук и С.Д. Sudhoff, анализ электрических машин, IEEE Press, 1995.