Повышение эффективности управления механообрабатывающим оборудованием на основе разработанных моделей управляемых асинхронных двигателей

• Автор: Чумаев, Дмитрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 210 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ВОЗМОЖНОСТИ. ПРИМЕНЕНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ

МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЯЕМЫХ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1. Асинхронный двигатель как объект регулирования в

управляемой электромеханической системе

1.2. Математическое описание работы асинхронного

двигателя.

1.3. Применение Тобразной схемы замещения для

моделирования асинхронного двигателя

1.4. Возможности применения Гобразной схемы

замещения для моделирования асинхронного двигателя

1.5. Использование обобщенной математической модели
асинхронного двигателя в среде .
1.6. Применимость модели электромагнитных процессов
асинхронного двигателя в среде ii.
1.7. Реализация модели механического преобразователя
асинхронного двигателя в среде ii.
1.8. Возможности трехфазной модели электромагнитных
процессов асинхронного двигателя в среде ii.
1.9. Анализ базовой вычислительной модели асинхронного
двигателя в среде ii
1 Выводы по главе, цель работы, постановка задачи
ГЛАВА 2. СОЗДАНИЕ СОВОКУПНОСТИ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.
2.1. Влияние величин различной физической природы на процесс моделирования асинхронного двигателя.
2.2. Выбор программных средств для моделирования динамических процессов в асинхронного двигателя
2.3. Построение операторной динамической модели асинхронного двигателя на основе уравнений состояния в среде МикБт и МайаЬ
2.4. Построение схемотехнической динамической модели в среде МиШЗт
2.5. Выводы по главе.
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ УПРАВЛЯЕМОСТИ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.
3.1. Анализ характеристик имитационной модели асинхронного двигателя
3.2. Построение областей регулирования асинхронного двигателя.
3.3. Определение управляющих входных воздействий, необходимых для получения заданных значений выходных переменных.
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ХАРАКТЕРИСТИК АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
4.1. Описание экспериментальной установки и условий эксперимента.
4.2. Сравнение результатов экспериментального определения характеристик АД и результатов моделирования.
4.3. Выводы по главе
ГЛАВА 5. СОЗДАНИЕ БИБЛИОТЕКИ ВСТРОЕННЫХ МОДЕЛЕЙ
ад в программе миьтм.
5.1. Определение основных параметров модели трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором
5.2. Создание библиотечного компонента асинхронного двигателя в программе МиШБт.
5.3. Составление библиотеки встроенных моделей асинхронного двигателя
5.4. Использование совокупности моделей асинхронного двигателя для решения учебных и инженерных задач при моделировании рабочих процессов в управляемых асинхронного двигателях
5.5. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
СОКРАЩЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Расчет областей регулирования асинхронного
двигателя в программной среде .
Приложение 2. Расчет значений управляющих входных
воздействий АД в программной среде
Приложение 3. Характеристики асинхронного двигателя
4ААМА4УЗ, полученные на испытательном стенде.
Приложение 4. Расчет основных параметров модели
асинхронного двигателя в программе
Приложение 5. Пошаговая инструкция по созданию
встроенного компонента модели асинхронного двигателя в
программной среде ii
Приложение 6. Лабораторный практикум. Исследование
характеристик исполнительного асинхронного двигателя
ВВЕДЕНИЕ


Решение можно получить численными методами в программной среде, то есть методом имитационного моделирования. Для применения численных методов модель асинхронного двигателя как сложную динамическую систему представляем совокупностью функциональных блоков, описывающих различные этапы процесса преобразования энергии. Функциональная схема модели АД представлена на рис. Схема содержит компоненты, построение моделей которых возможно проводить независимо. К ним относятся блок источника питания, который можно дополнить моделью блока управления, и блок механического процесса. Блоки
1. Рис. Каждый блок модели описывает свой собственный физический процесс. Комбинация блоков в соответствии с логикой системы уравнений 14 позволит правильно составить полную модель Л Д. Развитие математического моделирования асинхронных двигателей началось с построения моделей, описывающих процессы преобразования энергии в установившихся режимах. На основе системы уравнений 14 получена система алгебраических уравнений, записанных относительно комплексных амплитуд действующих значений основных физических переменных цепей индуктора статора и якоря ротора. Геометрическим образом системы уравнений 1. Тобразная схема замещения рис. В данной модели полагают АД многофазным, сопротивления фаз каждой обмотки одинаковыми, напряжения и токи симметричными. Напряжение ь подаваемое на первичную обмотку изменяется по гармоническому закону. Взаимная индукция между обмотками статора и ротора определяется только основной гармоникой магнитного поля, а высшие гармоники относятся к рассеянию и учитываются в индуктивных сопротивлениях рассеяния. Скос пазов обмотки статора отсутствует 6. Для расчета рабочих параметров АД на основании формул, используемых в теории трансформатора, АД рассматривается не во вращающемся, а в заторможенном режиме работы. Мощность, передаваемая на вал, моделируется потерями на резистивном сопротивлении, подключаемом к вторичной обмотке. Параметры этого сопротивления зависят от величины скольжения. Для описания процессов передачи энергии параметры ротора вторичной обмотки приводятся к первичной обмотке. Рис. Приведенная вторичная обмотка имеет равные с первичной обмоткой число фаз, количество витков в фазе и одинаковые обмоточные коэффициенты. К заторможенному режиму приводятся также результирующая намагничивающая сила, магнитный поток и ток. На рис. Важным допущением при приведении параметров вторичной обмотки к параметрам первичной является пренебрежение магнитными потерями на перемагничивание сердечника. Оно справедливо для большинства инженерных расчетов. При нормальных рабочих режимах ЛД значение скольжения находится в диапазоне 0б0. О 2 хт2г хп , , я
Рис. Для учета влияния таких потерь на процесс преобразования энергии необходимо ввести в намагничивающую цепь активное сопротивление гМг параллельно индуктивному сопротивлению хп. Как правило значение амглГ. Рис. Л
Рис. Поскольку в справочных таблицах по паспортным данным двигателей отсутствует информация о значениях Гмг на основании неравенства гмг. Классическая Тобразная схема замещения применяется для поверочных расчетов параметров установившихся режимов работы АД. Она не дает возможность исследовать переходные режимы. В ней также отсутствует описание механики процессов вращения ротора. Механическую нагрузку моделирует соответствующее приведенное значение сопротивления, что исключает возможность учта изменяющейся во времени нагрузки. Вс это делает невозможным построение динамической модели АД на основе Тобразной схемы замещения. И, следовательно, не позволяет использовать такую модель как завершенный компонент модели электромеханической системы. Разветвленная электрическая цепь Тобразной схемы замещения не всегда удобна при инженерных расчетах. При неизменном действующем значении напряжения фазы статора исопз напряжение на участке рис. Поэтому для упрощения расчетов всех величин, характеризующих электромагнитные процессы в машине, используется так называемая Гобразная схема замещения рис. Рис. Гобразная схема замещения В ней к участку приложено напряжение Ц. Для эквивалентности системе уравнений 1.