Система управления асинхронным двигателем должна обеспечивать максимальную экономию электроэнергии, иметь высокую надежность и приемлемую стоимость. Такие системы управления позволяют достигнуть высоких показателей требуемых технологических процессов.

Компьютерные технологии позволяют исследовать статические и динамические режимы работы электрических машин, их механические характеристики, условия пуска и технико-экономические показатели с получением количественных результатов.

Целью данной работы является разработка модели асинхронного короткозамкнутого электродвигателя, привода дутьевого вентилятора, разработанной в пакете Simulink программы МATLAB удовлетворяющей современным высоким технологическим требованиям.

Значения активных и реактивных сопротивлений обмоток статора и ротора соответственно R₁, Ом, X₁, Ом и R₂‘, Ом, X₂‘, Ом, а также значения реактивного сопротивления рассеяния X_μ, Ом рассчитываются с помощью программы ADpasport математического пакета MathCad, значения сопротивлений представлены ниже, в относительные единицах.

о.е.; о.е.; о.е.; о.е.;
о.е.

Определяется общее сопротивление схемы замещения Z_н, Ом с помощью формулы, представленной ниже.

Ом,

где U_нф – фазное сопротивление двигателя, В.

Рассчитываются сопротивления схемы замещения двигателя в Омах

Активное сопротивление статора R₁^* , Ом определяется с помощью выражения.

Ом,

Реактивное сопротивление статора X₁^*, Ом
определяется с помощью выражения

Ом,

Активное сопротивление ротора R₂^* , Ом определяется с помощью выражения

Ом,

Реактивное сопротивление ротора X₂^*, Ом
определяется с помощью выражения

Ом,

Реактивное сопротивление рассеяния X_μ^*, Ом
определяется с помощью выражения

Ом,

Определяются индуктивности рассеяния обмоток двигателя.

Индуктивность рассеяния статора L_1σ, Гн может быть найдена по формуле

Гн,

Индуктивность рассеяния ротора L_2σ, Гн может быть найдена по формуле

Гн,

Взаимоиндуктивность рассеяния статора и ротора L_μ, Гн может быть найдена по формуле.

Гн,

Рассчитываются полные индуктивности обмоток.

Индуктивность статора L₁, Гн определяется с помощью формулы

Гн,

Индуктивность ротора L₂, Гн определяется по формуле

Гн,

Таблица 1: данные электродвигателя.

Кн =Мп / Мн

Кмах = Ммах / Мном

Кмin = Ммin / Мном

Кi – крат-ть пускового тока

Кном – ном. момент

Мп – пуск. момент

Ммах – максим. момент

Ммin – миним. момент

Определяем номинальный ток электродвигателя:

Номинальный момент эл. двигателя:

Паспортные значения мах. из пусковых моментов:

Таблица 2: номинальные данные электродвигателя.

Определение мах. момента нагрузки на валу эл. двигателя:

Условия проверки эл. двигателя на перегрузки:

– условие выполняется

Коэффициент снижения:

Тогда, мах. момент будет равен:

- условие выполняется

Мах. ток двигателя при P=Pmax

На основании проделанных расчётов строим виртуальную модель АД.

Схема модели для исследования двигателя с короткозамкнутым ротором представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Схема модели для исследования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

Графический дисплей «wm, M=f(t), is_qd» отображает переходной процесс скорости и момента во времени, эквивалентный ток, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2. – Переходной процесс скорости и момента функции времени, эквивалентного тока при пуске и набросе нагрузки.

Аналогичная картина наблюдается при набросе нагрузки. Данные характеристики представлены на рисунках 2.1

Рисунок 2.1 – Динамическая механическая характеристика при пуске и набросе нагрузки, построенная блоком «XY»

Графический дисплей «Va,b,c, Ia,b,c » отображает параметры сети, представленный на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 – Параметры сети.

Из выше приведённых графиков мы видим изменения энергетических характеристик во времени, это очень важно для анализа и улучшения в требуемых режимах. Видим долевые потери энергии на каждом участке системы.

Энергосбережение, увеличение производительности, повышение конкурентоспособности не возможно без применения современного комплектного автоматизированного электропривода.

Параметры внешних воздействий, динамические хар-ки объекта, либо системы, поступаемся в процессе работы, в адаптивной системе автоматического управления, происходит активное изменение алгоритма управления, либо его параметров с целью оптимизировать работу замкнутой системы. В результате данного изменения алгоритма или его параметры (коэффициенты) находятся в постоянной связи с внешними воздействиями и параметрами ОУ.
Свойствами  адаптивных систем управления являются:
- выходные парм-ры объекта регулирования и харак-ки  возмущающих факторов  находятся под постоянным контролем и управлением с помощью устройств, дополнительно включаеных в состав управляющей систем;
- наблюдаемое поведение ОУ описывается некоторым качественным показателем, оценивающим в колич-й форме характер протекания процесса упр-я;
- отклонение  качественного показателя за пределы допустимых значений автоматически перенастраивает параметры регулятора или замену алгоритма управления, результатом, которых является достижение желаемого качественного показателя или реализации поставленной цели;
По характеру изменений в управляющем устр-ве адаптивные системы делят на две  группы:

- самонастраивающиеся (изменяются только значения параметров регулятора);

- самоорганизующиеся (изменяется структура самого регулятора);

Системы, в которых присутствует идентификатор, подразделяются по способам управления на прямой  и  косвенный. При косвенном  управлении вначале делается оценка параметров ОУ, после этого на основании полученных оценок определяются требуемые значения параметров регул-ра, и производится их подстройка. При прямом адаптивном управлении производится непосредственная оценка и подстройка параметров регул-ра, чем исключается этап идентификации параметров объекта.

По способу эффективности самонастройки системы с моделью делятся на системы с сигнальной (пассивной) и параметрической (активной) адаптацией. В системах с сигнальной адаптацией эффект самонастройки достигается без изменения параметров управляющего устройства с помощью компенсирующих сигналов.  Системы,  сочетающие в себе два этих вида адаптации, именуются  комбинированными.

Актуальность  применения адаптивных систем возникает в тех случаях, когда-либо имеется априорная неопределенность при математическом описании ОУ, либо хар-ки ОУ с течением времени изменяются.

Одним из распространенных классов адаптивных систем являются бес поисковые самонастраивающиеся системы, т.к. они просто реализуются, обеспечивают  быструю адаптацию, без пробных воздействий на ОУ.      Самонастраивающиеся система с ЭМ, строящиеся на основе информации о выходах системы и модели. Так как  желаемые показатели качества системы управления заранее заложены в ЭМ, и в процессе функционирования путем соответствующей настройки параметров регулятора можно добиться устранения отклонения реальной системы и модели.

Разработка модели асинхронного двигателя вентилятора с частотно-амплитудным регулированием.

Рассмотрим адаптивную систему управления с ЭМ на примере модели асинхронного двигателя вентилятора с частотно-амплитудным регулированием.

Рисунок  1. – Схема модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором,  адаптивная система управления с ЭМ;

Рисунок 2.- Частотный  преобразователь – Subsystem

 Рисунок 3.- Схема PI-регулятора.

Графический дисплей «wm, Те» отображает переходной процесс скорости и момента во времени, показания сети, представленные на рисунках 4.5.

Рисунок 4.- Скорость и электромагнитный момент ЭМ.

Рисунок 5.- Показания сети ЭМ.

Предположительно в процессе длительной работы вентилятора на лопатках вентилятора происходит налипание грязи, пыли, что существенно влияет на момент инерции  J(kg.m^2) электродвигателя.

Графический дисплей «wm, Те» отображает переходной процесс скорости и изменение электромагнитного момента во времени, изменение показаний сети, представленные на рисунках 6.7.

Мы видим, что поведение отлично от эталонного, это происходит при изменении параметров объекта, в этом случае появляется ошибка, включается блок адаптации, перестраивается структура адаптивного регулятора, таким образом чтобы свести к эталонной модели объекта.

 Рисунок 6. – Скорость и электромагнитный момент модели с увеличенным моментом инерции  J(kg.m^2) электродвигателя.

Рисунок 7. – Показания сети.

Графический дисплей «Те» отображает  изменение электромагнитного момента во времени, представленные на рисунках – 8.9.10.

Рисунок 8. – Электромагнитный момент Те, ЭМ.

Рисунок 9. – Электромагнитный момент Те, при изменении момента инерции J(kg.m^2). 

Рисунок 10. – Электромагнитный момент Те, при адаптивном управлении.

Мы видим, что поведение приближённо к  эталонному,  перестраивается структура  регулятора, таким образом, чтобы свести к эталонной модели объекта. Если модель включена параллельно и используется вычислитель, определяющий параметры объекта, то в результате сравнения этих параметров с параметрами модели (с эталонами) определяется сигнал для устройства самонастройки. Для определения текущих значений параметров системы при этом обычно используются корреляционные методы, тре­бующие осреднения соответ­ствующих функционалов вре­мени входных и выходных процессов системы на интер­валах времени, существенно  больших времени переходных процессов системы.