Acna Matlab [PDF]

Zitiervorschau

ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂTRÂN

ACȚIONĂRI ELECTRICE NAVALE LABORATOR

BACIU ANDREI IONUȚ GRUPA 4611C

~1~

LABORATOR NR.1 Mechanical Shaft

SIMULAREA MODELULUI UNUI AX MECANIC AL UNEI MASINI DE LUCRU DIN CADRUL UNUI SISTEM DE ACȚIONARE ELECTRICĂ Schema de functionare

~2~

Grafice osciloscop

Descriere Modelul scoate cuplul transmis prin arbore în ceea ce privește diferența de viteză dintre partea de acționare și partea încărcată a arborelui. Arborele are o rigiditate de 17190 Nm și un factor intern de amortizare de 600 N.m.s. Acest arbore este proiectat pentru a avea un grad de deformare unghiular de 0,1 grade pentru un cuplu de sarcină de 30 Nm. Arborele este acționat de o sursă de turație variabilă și este conectat la o sarcină. Sarcina are o inerție de 0,35 kg.m2 și un termen de fricțiune vâscos de 0,006 N.m.s

~3~

SIMULARE

Porniți simularea. Puteți observa vitezele de deplasare și de încărcare, diferența de viteză, deflecția unghiulară și valorile cuplului transmise în domeniul de aplicare. La t = 0 s, viteza de deplasare începe să urce la 1750 rpm cu o rampă de accelerare de 500 rpm / s. Deflecția unghiulară scade la aproximativ 0,06 grade și arborele transmite aproximativ 18,5 Nm la sarcină pentru ao accelera. La t = 0,2 s vitezele de deplasare și sarcină au tendința de a egaliza. În timpul fazei de accelerare, deformarea unghiulară crește încet pentru a transmite un cuplu mai mare pentru a compensa creșterea fricțiunii vâscoase. La t = 3,5 s, viteza de deplasare se situează la 1750 rpm. Aceasta reduce deformarea unghiulară și, de asemenea, cuplul transmis, care reglează aproximativ 1,1 Nm pentru a compensa frecarea vâscoasă a sarcinii. La t = 5 s, viteza de deplasare scade la 0 rpm cu o rampă de decelerare de -500 rpm / s. Deformarea unghiulară devine negativă și, prin urmare, cuplul transmis pentru a reduce sarcina. În timpul fazei de decelerare, deviația unghiulară crește pentru a transmite un cuplu de decelerare mai mare pentru a compensa reducerea frecării vâscoase. La t = 8.5 s, viteza de deplasare se stabilizează la 0 rpm. Acest lucru face ca deflecția unghiulară să fie redusă la 0 grade, cuplul transmis devine nul și sarcina se oprește.

Note 1) Arborele a fost discretizat cu un timp de 10 secunde. 2) Pentru a reduce numărul de puncte stocate în memoria de domeniu, se folosește un factor de decimare de 10.

~4~

LABORATOR NR.2 Speed Reducer

SIMULAREA UNEI TRANSMISII CU REDUCTOR DE TURAȚIE DINTR-UN SISTEM DE ACȚIONARE ELECTRICĂ

Schema de functionare

~5~

Grafice osciloscop

DESCRIEREA LUCRĂRII Reductorul de viteză este acționat de o sursă variabilă de turație și este conectat la o sarcină. Sarcina are o inerție de 30 kg.m2 și un termen de frecare vâscos de 0,5 N.m.s. Dispozitivul de reducere are un raport de reducere de 10, iar inerția față de partea de mare viteză este de 0,0005 kg.m2. Raportul de reducere fiind destul de scăzut, eficiența fiind ridicată și în valoare de 0,95. Arborele de mare viteză are o rigiditate de 17190 Nm și un factor intern de amortizare de 600 N.m.s. Acest arbore este proiectat pentru a avea un grad de deformare unghiular de 0,1 grade pentru un cuplu de sarcină de 30 Nm. Arborele cu viteză redusă, având un cuplu mai mare pentru transmitere, are o rigiditate de 171900 Nm și un factor intern de amortizare de 6000 N.m.s. Acest arbore este proiectat pentru a avea un grad de deformare unghiular de 0,1 grade pentru un cuplu de sarcină de 300 Nm.

SIMULARE Porniți simularea. Puteți observa viteza de deplasare (viteză mare) și viteza de încărcare (viteza redusă), cuplul transmis de arborele de mare viteză și cuplul transmis de arborele cu viteză mică în domeniul de aplicare. La t = 0 s, viteza de deplasare începe să urce la 1750 rpm cu o rampă de accelerare de 500 rpm / s. Acest lucru face ca cuplul transmis al arborelui de mare viteză să sară la aproximativ 18 N.m. Datorită dispozitivului de reducere, cuplul transmis la sarcină de arborele cu viteză mică este mult mai mare și are o valoare de aproximativ 170 Nm.

~6~

În timpul fazei de accelerare, ambele cupluri continuă să crească pentru a compensa frecarea vâscoasă a sarcinii. Observați că sarcina se accelerează cu o rampă de +50 rpm / s datorită raportului de reducere al reductorului de viteză. La t = 3,5 s, viteza de deplasare se situează la 1750 rpm. Deoarece nu mai este necesar un cuplu de accelerație, cuplurile de intrare și ieșire scad și se stabilizează respectiv la 0,965 N.m și 9,16 N.m la t = 4 s. Viteza de încărcare este acum egală cu 175 rpm.

Note 1) Reductorul de viteză a fost discretizat cu un pas de timp de 1 sec.

~7~

Lucrarea nr 3 THREE-PHASE ASYNCRONOUS MACHINE STARTING a) SIMULAREA PORNIRII PRIN METODA Y-Δ A UNUI MOTOR ASINCRON TRIFAZAT

Schema electrica

~8~

Grafice osciloscop

Descrierea lucrarii Acest exemplu arată modul de modelare a unui circuit de pornire wye-delta pentru o mașină de inducție. Atunci când alimentarea este conectată la mașină prin intermediul comutatorului S1, comutatorul S2 este inițial oprit, rezultând mașina fiind conectată într-o configurație wye. Odată ce mașina se apropie de viteza sincronă, comutatorul S2 este acționat astfel prin reconectarea mașinii într-o configurație delta. Impedanța mai mare văzută de alimentare atunci când motorul este în configurație wye reduce curentul de pornire și cauzează mai puține întreruperi la alte sarcini conectate.

~9~

LABORATOR 4 SIMULAREA UNUI SISTEM DE ACȚIONARE A UNEI POMPE CU UN MOTOR ASINCRON TRIFAZAT

Three-Phase Asynchronous Direct Online Motor Connected to Hydraulic Pump

SCHEMA ELECTRICA

~ 10 ~

Grafice osciloscop

Descrierea lucrarii În acest exemplu, un motor asincron este conectat la o pompă ideală. Diametrul valvei de pe sistemul hidraulic afectează viteza și curentul tras de motor. La 0 secunde motorul este la zero. Se pornește și la 2,5 secunde atinge viteza nominală. La 9 secunde, diametrul valvei se reduce la 4 cm, iar motorul se oprește.

~ 11 ~

LABORATOR nr 5 a.SIMULAREA UNUI MOTOR ASINCRON TRIFAZAT COMANDAT PRIN METODA PWM , având: P=200 CP AC4 - Space Vector PWM-DTC Induction 200 HP Motor Drive SCHEMA ELECTRICA

~ 12 ~

GRAFICE OSCILOSCOP

DESCRIEREA LUCRARII

Acest circuit utilizează o versiune modificată a blocului AC4 al bibliotecii de unități electrice Simscape ™ Power Systems ™. Ea modelează un motor cu inducție directă pentru controlul cuplului (DTC) cu modulație a lățimii pulsului vectorial. Particularitatea acestei versiuni modificate este că DTC nu mai este bazat pe reglementarea histerezis care implică comutarea la frecvență variabilă, dar pe un invertor PMW de frecvență fixă. Ca și în AC4, el folosește un elicopter de frânare pentru un motor de curent alternativ de 200 CP.

~ 13 ~

Motorul de inducție este alimentat de un invertor sursă de tensiune PWM care este construit folosind un bloc universal de poduri. Buclele de control al vitezei utilizează un controler proporțional-integral pentru a produce referințele fluxului și cuplului pentru blocul DTC. Blocul DTC calculează estimările cuplului și fluxului motorului și le compară cu referințele respective. Cuplul și fluxul sunt apoi controlate de regulatori independenți PI care calculează un vector de tensiune de referință. Invertorul sursei de tensiune este apoi controlat prin metoda modulației vectoriale de spațiu pentru a scoate tensiunea de referință dorită. Semnalele de curent, turație și cuplu sunt disponibile la ieșirea blocului.

SIMULARE Porniți simularea. Puteți observa curentul statorului motorului, viteza rotorului, cuplul electromagnetic și tensiunea busului DC în domeniul de aplicare. Setarea punctului de turație și a punctului de setare a cuplului sunt de asemenea afișate. La timpul t = 0 s, valoarea setată a vitezei este de 500 rpm. Observați că viteza urmărește precis rampa de accelerație. La t = 0,5 s, cuplul de sarcină maximă este aplicat pe arborele motorului, în timp ce turația motorului continuă să atingă valoarea finală. Acest lucru face ca cuplul electromagnetic să crească la valoarea maximă definită de utilizator (1200 Nm) și apoi să se stabilizeze la 820 Nm odată ce rampa de viteză este terminată și motorul a atins 500 rpm. La t = 1 s, valoarea setată a vitezei este schimbată la 0 rpm. Viteza scade până la 0 rpm, urmând tocmai rampa de decelerare chiar dacă încărcătura mecanică este inversată brusc, trecând de la 792 Nm la - 792 N.m, la t = 1,5 s. La puțin timp după aceea, viteza motorului se stabilizează la 0 rpm. În cele din urmă, rețineți cât de bine este reglementată tensiunea busului DC pe întreaga perioadă de simulare.

NOTE Sistemul de alimentare a fost discretizat cu un pas de timp 2us. Regulatorul de turație utilizează o probă de 140 us, iar controlerul DTC utilizează un timp de probă de 20 us pentru a simula un dispozitiv de control al microcontrolerului. Frecvența de comutare a invertorului este setată la 5 kHz

~ 14 ~

b. SIMULAREA UNUI MOTOR SINCRON CU MAGNET PERMANENT CU FUNȚIONARE ÎN BUCLĂ ÎNCHISĂ, având:P=1,1 KW,n= 3000 RPM

SCHEMA ELECTRICA

~ 15 ~

Grafice osciloscop

~ 16 ~

~ 17 ~

DESCRIERE Un motor trifazat cu o putere nominală de 1,1 kW, 220 V, 3000 rpm este alimentat de un invertor PWM. Invertorul PWM este construit în întregime cu blocuri standard Simulink®. Ieșirea lui trece prin blocuri de sursă de tensiune controlată înainte de a fi aplicată înfășurărilor statorului blocului PMSM. Cuplul de sarcină aplicat arborelui mașinii este setat inițial la valoarea sa nominală (3 Nm) și trec la 1 Nm la t = 0,04 s. Două bucle de control sunt utilizate. Buclele interioare reglează curenții statorului motorului. Bucla exterioară controlează viteza motorului

SIMULARE Observați că curenții de stator sunt destul de "zgomotoși", ceea ce este de așteptat atunci când se utilizează invertoarele PWM. De asemenea, amplitudinea acestor curenți scade la t = 0,04 s, când sarcina este scăzută. Zgomotul introdus de invertorul PWM este de asemenea observat în forma de undă electromagnetică a cuplului Te. Cu toate acestea, inerția motorului previne apariția acestui zgomot în forma de undă a vitezei motorului.

~ 18 ~

Lucrarea nr 6 a) SIMULAREA PORNIRII REOSTATICE A UNUI MOTOR DE c.c. ; P=5 CP,U= 240V;

SCHEMA ELECTRICA

~ 19 ~

Grafice osciloscop

~ 20 ~

DESCRIERE Induced EMF: Eo = 240-16.2*0.6 = 230.3 V Pe = 230.3*16.2 = 3731 W = 5.0 HP Field current: If = 240/240 =1 A Eo = w*Laf*If ---> w = (Eo/La*If) speed w = 230.3/1.8 = 127.7 rad/s = 1220 r/min Nominal torque: Te = Pe/w = 3731/127.7 = 29.2 N.m (Krause et al., Reference Analysis of Electric Machinery, pp. 89-92)

~ 21 ~