05 марта 2016г.
В электрических сетях напряжением 0,4 кВ могут иметь место несимметричные режимы, возникающие из- за наличия большого числа однофазных электроприёмников, неравномерно распределенных по фазам [2,3,6]. В наибольшей степени такие режимы проявляются в сетях, питающихся от районных обмоток тяговых трансформаторов железных дорог переменного тока. А так как большую часть промышленной нагрузки представляют собой асинхронные двигатели, поэтому целесообразно изучить влияние данных режимов на работу асинхронных двигателей.
Эффективным способом исследования режимов работы электрических машин является компьютерное моделирование.
Моделирование можно проводить с помощью различных программ, таких как «МаthCad», «МаtLab», «OrCad – CAПР», «Маthемаtica», «Мultisim», «Fazonord – Качество» и др., но в данном случае, одним из эффективных инструментов моделирования является среда Matlab с использованием пакета Simulink.
Для исследования режимов работы асинхронных двигателей предлагается рассмотреть схему электрической сети, состоящую из трёх однофазных источников электрической энергии, кабельной линии, выполненной на основе кабеля марки ВВГ 3*6 мм2, асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором марки 4A132S4Y3 с Р =5,5 кВт,н силового трансформатора марки ТМ 1000/10/0,4 (Рисунок 1). Параметры элементов сети приведены в Табл.1, 2, 3.
Таблица 1
Параметры трансформатора марки ТМ 1000/10/0,4
|
Тип
|
Sном, кВА
|
Напряжение обмоток трансформатора, кВ
|
Схема соединения обмоток трансформатора
|
Потери, кВт
|
Uк.з.,
%
|
Iх.х.,
%
|
|
ВН
|
НН
|
Рх.х.
|
Рк.з.
|
|
ТМ 1000/10
|
1000
|
10
|
0,4
|
Y/Y0
|
1,6
|
10,8
|
5,5
|
1,7
|
Таблица 2
Параметры асинхронного двигателя 4A132S4Y3
|
Р, кВт
|
Номинальная частота вращения, об/мин
|
η
|
соsφ
|
Kмп
|
Кп
|
|
5,5
|
1500
|
0,855
|
0,85
|
2
|
7
|
Таблица 3
Параметры кабельной линии ВВГ 3*6 мм2
|
Rо, Ом
|
Хо, Ом
|
L, км
|
|
3,07
|
0,09
|
0,1
|
Моделирование схемы можно условно разделить на три основных этапа:
1) подбор необходимых блоков модели в библиотеке Simulink,
2) соединение подобранных частей модели, если необходимо через порты (при использовании различных библиотек),
3) расчёт параметров блоков модели, например, таких как трансформатор, асинхронный двигатель и т.д. Схема моделирования, сформированная средствами имитационного моделирования в среде Matlab Simulink, представлена на Рисунок 2.
В основу данной модели для исследования режимов работы асинхронного двигателя заложены основные элементы:
1)
источник напряжения - трёхфазное напряжение задано тремя стандартными однофазными источниками
– блоком АС Voltage Sourse.
Базовыми параметрами источника напряжения являются: амплитуда (В), частота (Гц), начальная фаза в градусах,
2)
трёхфазный трансформатор – задан блоком
Тhee- рhаse Тransformer (Тwo windings). Параметры схемы замещения
трансформатора представлены в относительных единицах.
Базовыми значениями параметров трансформатора являются: расчётная полная мощность (ВА), частота (Гц), действующее номинальное напряжение (В) соответствующей обмотки,
сопротивление и индуктивность обмоток.
3)
ЛЭП с распределёнными параметрами – задан блоком Distributed Рarameters Line.
4)
асинхронный двигатель – задан
блоком Asynchronous Machine.
Значения параметров асинхронного двигателя
частично
берутся
из паспортных данных двигателя,
а частично рассчитываются на основании этих данных.
По известным
паспортным
данным АД
и
параметрам
Г-образной
схемы
замещения
рассчитываются параметры Т-образной схемы замещения
в режиме короткого
замыкания.
5)
измеритель тока - задан блоком Current Measurement.
6) измеритель напряжения - задан блоком Voltage Measurement. Кроме этого модель содержит
такие блоки, как:
1) блок Disрlаy для количественного
представления измеренных величин,
2)
блок Sсоре для наблюдения токов
ротора и статора,
а также скорости и момента асинхронного двигателя,
3)
блок Момеnt для задания механического момента на валу асинхронного двигателя,
4)
блок RMS для перевода амплитудных величин
в действующие.
Для расчёта параметров элементов схемы используем алгоритмы, приведенные в источниках [1,4,7].
В полученной виртуальной модели имеется возможность исследования переходных процессов в асинхронном двигателе, снятия рабочих и искусственных механических характеристик, напряжения и частоты питающей сети.
С использованием разработанной модели и алгоритма
расчёта входных
параметров, были исследованы следующие режимы
работы асинхронного двигателя, при симметричном и несимметричном питающем напряжении:
1)
режим х.х. двигателя,
2)
режим 50% загрузки двигателя,
3)
режим 100% загрузки двигателя.
В
результате моделирования режимов
работы
асинхронного двигателя были
получены данные коррелирующиеся с натурным
объектом с достаточной для инженерных расчётов погрешностью.
Примером могут служить значения, полученные для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором марки 4A132S4Y3 с Р =5,5 кВт. Все результаты обобщены в Табл.4.
Таблица 4
Результаты измерений
|
Режим работы асинхронного двигателя
|
Параметры, измеренные с
помощью математической модели
|
Параметры, измеренные с
помощью физической модели
|
|
Симметричное питающее напряжение
|
|
Х.Х.
|
I, A
|
U, B
|
I, A
|
U, B
|
|
IA=6,02A IB=6,02A IC=6,02A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
IA=5,9A IB=5,9A IC=5,9A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
|
50% загрузка двигателя
|
IA=7,46A IB=7,46A IC=7,46A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
IA=7,6A IB=7,6A IC=7,6A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
|
100% загрузка двигателя
|
IA=11A IB=11A IC=11A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
IA=10,8A IB=10,8A IC=10,8A
|
UAB=380B UBC=380B UAC=380B
|
|
Несимметричное питающее напряжение
|
|
Х.Х.
|
IA=5,7A IB=7A IC=5,5A
|
UAB=384B UBC=378B UAC=378B
|
IA=5,9A IB=7A IC=5,8A
|
UAB=384B UBC=378B UAC=378B
|
|
50% загрузка двигателя
|
IA=7,7A IB=8,2A I =6,6A
|
UAB=384B UBC=378B U =378B
|
IA=8A IB=8,5A I =7A
|
UAB=384B UBC=378B U =378B
|
|
100% загрузка двигателя
|
IA=11,7A IB=11,5A IC=10,2A
|
UAB=384B UBC=378B UAC=378B
|
IA=12A IB=11,7A IC=10,2A
|
UAB=384B UBC=378B UAC=378B
|
|
|
На основе компьютерного моделирования
выполнено
исследование режимов работы
асинхронного двигателя,
при наличии в сети несимметрии междуфазных напряжений. Результаты моделирования показали,
что для повышения надежности и эффективности работы
асинхронного двигателя существенную роль играют
как экспериментальные исследования, выполненные на натурной модели,
так и исследования основанные на компьютерном моделировании, которые в совокупности позволяют оценить степень влияния несимметрии междуфазных напряжений на режимы работы
асинхронных двигателей, кроме того предусматривают возможность обосновать
разработку методов, алгоритмов учёта влияния
отклонений ПКЭ на режимы работы асинхронных двигателей в процессе эксплуатации, а также на этапе проектирования систем
электроснабжения асинхронных двигателей.
Список литературы
1. Герман-Галкин, С.Г., Кардонов, Г.А. Электрические машины:
Лабораторные работы на ПК [Текст] / С.Г. Герман-Галкин, Г.А. Кардонов. - СПб.: Корона-принт, 2003. - 256 c.
2. Левин, М.С., Мурадян,
А.Е., Сырых, Н.Н. Качество электроэнергии в сетях сельских
районов [Текст] / М.С. Левин, А.Е. Мурадян, Н.Н.
Сырых. - М.: Энергия,
1975. - 224 с.
3. Маркушевич, Н.С., Солдаткина, Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях [Текст]
/ Н.С. Маркушевич, Л.А. Солдаткина. - М.: Энергия,
1975. - 256 с.
4. Материалы по продуктам MATLAB & Toolboxes. [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/ (дата обращения 10.11.2015г).
5. Романова, В.В., Хромов, С.В. Моделирование несимметричных режимов работы асинхронного двигателя [Текст] / В.В. Романова, С.В. Хромов // Сборник статей всероссийской конференции «Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление», 1-3 сентября 2015 г., Иркутск, Россия.
– Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2015. – 591 с.
6. Тимофеев, Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками [Текст] / Д.В. Тимофеев. - М.: Энергия, 1972.
- 296 с.
7. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink [Текст] / И.В. Черных. – М.: ДМК Пресс: СПб.: Питер,
2008. – 288 с.
