Giáo trình Thí nghiệm Xác định thông số máy điện không đồng bộ - Bài 2: Mô phỏng động cơ không đồng bộ (KĐB) 3 pha
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
BÀI 2: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
(KĐB) 3 PHA
I. Giới thiệu
Động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. Mô phỏng
quá trình hoạt động của động cơ không đồng bộ cũng được dùng phổ biến trong quá trình thiết
kế các bộ truyền động công nghiệp, các hệ thống tự động hóa hiện đại. Do đó, bài thí nghiệm
được xây dựng nhằm mục đích hướng dẫn sinh viên thực hiện mô phỏng động cơ không đồng bộ
3 pha, rotor lồng sóc bằng phần mềm Matlab/Simulink.
II. Mô hình động của động cơ không đồng bộ 3 pha
Phöông trình ñieän aùp treân 3 daây quaán stator:
dsu (t)
usu(t) = Rsisu(t) +
usv(t) = Rsisv(t) +
usw(t) = Rsisw(t) +
(2.1a)
(2.1b)
(2.1c)
dt
dsv (t)
dt
dsw (t)
dt
Vôùi
usu(t), usv(t), usw(t)
su(t), sv(t), sw(t)
Rs
: Ñieän aùp treân 3 cuoän daây pha cuûa stator.
: Töø thoâng moùc voøng treân 3 daây quaán stator.
: Ñieän trôû daây quaán pha cuûa stator.
Bieåu dieãn theo daïng vector : usp (t)
=
usu (t) usv (t).e j120 usw (t).e j240
(2.2)
0
0
2
3
Thay caùc phöông trình ñieän aùp pha (2.1a),(2.1b),(2.1c) vaøo (2.2), ta ñöôïc:
dss (t)
uss = R .iss (t)
+
(2.3)
s
dt
Trong ñoù:
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 1
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
s
0
0
2
j120
isu (t) isv (t).e
isw (t).e j240
(2.4)
(2.5)
is (t)
=
3
ss (t)
=
su (t) sv (t).e j120 sw (t).e j240
0
0
2
3
Vôùi:
*
iss (t)
* Chæ soá “s” ôû treân chæ heä quy chieáu stator.
Töông töï, ta coù phöông trình ñieän aùp cuûa maïch stotor. Khi quan saùt treân heä rotor (rotor
: Vector doøng stator.
*
ss (t) : Vector töø thoâng stator.
ngaén maïch) :
drr (t)
urr
=
0
= Rr.irr (t)
+
(2.6)
dt
Vôùi:
*
*
urr
: Vector ñieän aùp rotor.
*
irr (t) : Vector doøng rotor.
rr (t) : Vector töø thoâng rotor.
* Rr
: Ñieän trôû rotor ñaõ tính quy ñoåi qua heä stator.
: Vector khoâng (moñul baèng khoâng).
*
0
Caùc cuoän daây cuûa ñoäng cô coù giaù trò ñieän caûm :
* Lm
* Ls
* Lr
: Hoã caûm giöõa rotor vaø stator.
: Ñieän khaùng taûn cuûa daây quaán stator.
: Ñieän khaùng taûn cuûa daây quaán rotor.
Töø caùc giaù trò ñieän caûm treân ta coù:
* Ls= Lm + Ls : Ñieän caûm stator.
* Lr = Lm + Lr
: Ñieän caûm rotor.
Caùc vector töø thoâng stator vaø rotor quan heä vôùi caùc doøng stator vaø rotor:
s = Ls.is + Lm. ir
r = Lm. is + Lr. ir
(2.7a)
(2.7b)
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 2
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Ñoái vôùi ñoäng cô khoâng ñoàng boä laø moät heä ñieän cô neân ta coù phöông trình cô:
J
d
dt
Me = MT +
(2.8)
*
P
Vôùi:
* J
: Moment quaùn tính cô.
* P : Laø soá ñoâi cöïc cuûa ñoäng cô.
* : Laø toác ñoä cuûa ñoäng cô.
* MT : Moment taûi.
* Me : Moment ñieän töø.
ir
3
3
Me = p( s
x
is )= - p(r
x
)
(2.9)
2
2
Moâ hình traïng thaùi ñoäng cô treân heä toaï ñoä stator.
Töø phöông trình (2.6), quy veà heä quy chieáu stator :
irr
=
irs e j
rr
=
rs e j
s
s
drs (t)
0 = Rr irs
+
-
jrs
(2.10)
dt
Vaäy töø caùc phöông trình :(2.3),(2.7),(2.8) vaø(2.10) ta coù heä phöông trình:
dss
dt
uss = R .iss
+
(2.11a)
(2.11b)
s
drs (t)
0 = Rr irs
+
-
jrs
dt
ss = L .iss + Lm. irs
(2.11c)
(2.11d)
s
s
r = Lm. iss + Lr. irs
3
3
Me = p( s
x
is )= - p(r
x
ir
)
(2.11e)
(2.11f)
2
2
J
d
dt
Me = MT +
*
P
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 3
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Ñeå ñöa veà heä phöông trình vôùi bieán: Doøng ñieän stator vaø töø thoâng rotor, töø phöông trình
(2.11d) va ø(2.11c):
irs
=
rs L is
(2.12)
(2.13)
1
s
m
Lr
ss = L . iss
+
rs L is
Lm
s
s
m
Lr
Thay (2.12) (2.13) vaøo (2.11a) (2.11b) vaø chuù yù theâm caùc ñònh nghóa sau:
Ls
Ts =
: Haèng soá thôøi gian stator.
: Haèng soá thôøi gian rotor.
Rs
Lr
Rr
Tr
L2m
1
laø heä soá töø taûn toång.
Ls Lr
diss
dt
drs
U ss R iss L
(2.24)
(2.25)
(2.16)
(2.17)
Lm
S
m
Lr dt
drs
dt
s
s
Lm
Fr
1
0
is
j r
Tr
L2m
Lm
1
s
s
s
dis
is
j r
U ss
Rs
1
1
1
Ls Ls LrTr
Ls Lr Tr
Ls
drs
1
s
s
Lm
is
j r
dt
Tr
Tr
Hay:
diss
dt
1
1
1 1
1
s
s
U ss
(2.18)
(2.19)
is
j r
Ts Tr
Lm Tr
is
drs
1
s
s
Lm
is
j r
dt
Tr
Tr
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 4
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Chuyeån sang daïng caùc thaønh phaàn cuûa vector treân 2 truïc toaï ñoä ta ñöôïc:
dis
dt
1
1
1
Tr Lm
1
Lm
1
i
r
r
r
r
us
us
(2.20a)
s
Ts Tr
Ls
dis
dt
1
1
1
Tr Lm
1
Lm
1
i
(2.20b)
(2.20c)
(2.20d)
s
Ts Tr
Ls
dr Lm
1
is r r
dt
dr
dt
Tr
Lm
Tr
Tr
1
is r r
Tr
Thay phöông trình (2.12) vaøo phöông trình (2.11):
s
rs L iss
P
rs x.iss
Lm
Lr
3
1
3
Me P r x
m
2
Lr
2
Thay caùc thaønh phaàn cuûa vector töø thoâng rotor vaø doøng stator, ta ñöôïc:
Lm
Lr
3
Me P
2
r .is r .is
(2.22)
1
1
1
Tr Lm
1
Lm
Ñaët a1=
+
a2=
a3=
Ts Tr
Lm
1
Lm
3
a4=
a5=
a6= p
Ls
Tr
2
Lr
Heä phöông trình (2.20) vaø (2.22) trôû thaønh:
dis
= -a1is + a2
+ a3
+ a4us
(2.24a)
(2.24b)
(2.24c)
r
r
dt
dis
dt
= -a1is - a3
+ a2
+ a4us
r
r
dr
dt
1
= a5is -
-
r
r
Tr
dr
1
= a5is +
-
(2.24d)
r
r
dt
Tr
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 5
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Me = a6
(2.24e)
(2.24f)
i i
r s
r s
d
P
J
=
[Me – MT]
dt
III.Xây dựng mô hình mô phỏng trên MATLAB/ Simulink
Khoái moâ phoûng doøng ñieän is döïa vaøo phöông trình (2.24a).
Khoái moâ phoûng doøng ñieän is döïa vaøo phöông trình (2.24b).
Khoái moâ phoûng töø thoâng r ; r döïa vaøo phöông trình (2.24cd).
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 6
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Khoái moâ phoûng ñeå tính moment (T) vaø toác ñoä (W) döïa vaøo phöông trình (2.24ef)
Mô hình động cơ không đồng bộ hoàn chỉnh:
Khối Process AlfaBeta:
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 7
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Khối động cơ hoàn chỉnh:
Mô hình mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha trên hệ stator:
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 8
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Khối nguồn trên một pha:
Các phương trình biến đổi cho các đại lượng trên stator:
2
3
1
1
fs
fa fb fc
2
2
c
2
3
3
3
fs
fb
f
2
2
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 9
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
Các phương trình biến đổi cho các đại lượng trên rotor:
2
fr
fr
fA cos fB cos
2 /3
fC cos
2 /3
3
2
3
fA sin fB sin
2 /3
fC sin 2 /3
Xây dựng M_File chứa các thông số động cơ:
% Mo phong dong co KDB 3P
clear all;
clc;
% --------------------------------------
Tsim = 3;
Vrms = 220;
f = 50;
%
thoi gian mo phong
TL
= 5.1 ;
%
momen tai (Nm)
% Thong so dong co
Rs =
Rr =
Ls =
Lr =
Lm =
9.5;
%
%
%
%
%
%
%
dien tro stator
dien tro rotor
dien cam stator
dien cam rotor
ho cam
9.49;
0.505;
0.496;
0.478;
2;
P
J
%
=
=
so doi cuc
momen quan tinh (kg.m^2)
0.0006;
Tr = Lr/Rr;
Ts = Ls/Rs;
SS = 1 - Lm*Lm/(Ls*Lr);
a1 = 1/(SS*Ts) + (1-SS)/(SS*Tr);
a2 = (1-SS)/(SS*Tr*Lm);
a3 = (1-SS)/(SS*Lm);
a4 = 1/(SS*Ls);
a5 = Lm/Tr;
a6 = 3*P*Lm/(2*Lr);
a7 = P/J;
IV.
Một số bộ thông số động cơ tham khảo:
ĐC KĐB 1:
Stator resistance (Rs): 1.37 Ω
Stator inductance (Ls): 0.1459 H
Magnetising inductance (Lm): 0.1410 H
Inertia (J): 0.1 kg.m2.
Rotor resistance (Rr): 1.10 Ω
Rotor inductance (Lr): 0.1490 H
Number of pole pairs (P): 2
Rated speed: 1440 rpm
Rated voltage: 380 V
Rated power: 4.0 kW
Rated frequency: 50 Hz
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 10
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
ĐC KĐB 2:
Stator resistance (Rs): 0.15 Ω
Stator inductance (Ls): 0.035 H
Magnetising inductance (Lm): 0.0338 H
Inertia (J): 0.14 kg.m2.
Rotor resistance (Rr): 0.17 Ω
Rotor inductance (Lr): 0.035 H
Number of pole pairs (P): 2
Rated speed: 1750 rpm
Rated voltage: 380 V
Rated power: 7.5 kW
Rated frequency: 60 Hz
ĐC KĐB 3:
Stator resistance (Rs): 0.371 Ω
Stator inductance (Ls): 0.08705 H
Magnetising inductance (Lm): 0.08433 H
Inertia (J): 0.16 kg.m2.
Rotor resistance (Rr): 0.415 Ω
Rotor inductance (Lr): 0.08763 H
Number of pole pairs (P): 2
Rated speed: 1430 rpm
Rated voltage: 380 V
Rated power: 11.0 kW
Rated frequency: 50 Hz
ĐC KĐB 4:
Stator resistance (Rs): 0.19 Ω
Stator inductance (Ls): 0.03851 H
Magnetising inductance (Lm): 0.0369 H
Inertia (J): 0.18 kg.m2.
Rotor resistance (Rr): 0.125 Ω
Rotor inductance (Lr): 0.03756 H
Number of pole pairs (P): 2
Rated speed: 1460 rpm
Rated voltage: 380 V
Rated power: 15.0 kW
Rated frequency: 50 Hz
V.
Yêu cầu:
Động cơ khởi động không tải và mang tải định mức tại thời điểm 0.5s.
-
Vẽ đồ thị dòng điện trên các pha của động cơ, từ đồ thị xác định dòng điện mở máy, dòng
điện không tải, dòng điện lúc mang tải định mức, ghi các giá trị vào bảng số liệu thu thập.
Tính toán so sánh với lý thuyết.
-
Vẽ đồ thị tốc độ, từ thông và moment điện từ của động cơ, từ các đồ thị xác định các đại
lượng sau:
o Moment mở máy..
o Từ thông hoạt động của máy
o Tốc độ động cơ lúc không tải và khi đầy tải
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 11
Mô phỏng động cơ không đồng bộ 3 pha
o Thay đổi tải, xác định lại tốc độ khi tải thay đổi: động cơ non tải, động cơ quá tải
o Tính toán so sánh lại với lý thuyết.
Vẽ đặc tuyến cơ trong vùng làm việc ổn định của động cơ không đồng bộ.
Thay đổi điện áp nguồn cung cấp:
-
-
o Giảm 20% điện áp trên pha A: vẽ đồ thị dòng điện, tốc độ và moment của động
cơ
o Mất pha A: vẽ đồ thị dòng điện, tốc độ và moment của động cơ
o Cho nhận xét
-
-
Sinh viên phải hoàn thành tất cả các yêu cầu trong buổi thí nghiệm. GVHD kiểm tra từng
buổi thí nghiệm của SV
Bộ thông số mô phỏng trong bài 2 là bộ thông số xác định được từ trong thí nghiệm của bài
1, các bộ thông số còn lại dùng kiểm tra kết quả.
VI.
Nộp báo cáo:
Báo cáo ghi rõ Họ tên, MSSV, Nhóm, Tổ, ngày thực hiện bài TN.
Các kết quả đo và kết quả thí nghiệm phải được trình bày rõ ràng, ngắn gọn và đầy đủ các
yêu cầu theo bài hướng dẫn báo cáo thí nghiệm.
GV có quyền cho điểm 0 những báo cáo như sau:
Những bài sao chép lẫn nhau dưới mọi hình thức.
Số liệu báo cáo không trùng khớp với số liệu đã thực hiện tại PTN.
Hướng dẫn Thí nghiệm máy điện
Page 12
12 trang
20040
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Thí nghiệm Xác định thông số máy điện không đồng bộ - Bài 2: Mô phỏng động cơ không đồng bộ (KĐB) 3 pha", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_thi_nghiem_xac_dinh_thong_so_may_dien_khong_dong.pdf
