Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ПУТЁМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Семёнов А.С. 1 Хазиев Р.Р. 1
1 Политехнический институт (филиал) ФГАОУ ВПО «Северо-восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»
1. Semenov A.S. // Международный журнал экспериментального образования. 2013. № 12. С. 65-66;
2. Semenov A.S., Shipulin V.S. // Europaische Fachhochschule. 2013. № 1. С. 228;
3. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 341-342;
4. Рушкин Е.И., Семёнов А.С. // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 20. С. 34-41;
5. Саввинов П.В., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232;
6. Семёнов А.С. // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2014. Т. 11. № 1. С. 51-59;
7. Семёнов А.С. // Естественные и технические науки. 2013. № 4. С. 296-298;
8. Семёнов А.С. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 9-2. С. 29-34;
9. Семёнов А.С. // Наука в центральной России. 2012. № 2S. С. 23-27;
10. Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 5-1. С. 232-236;
11. Семёнов А.С. // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 18. С. 71-77;
12. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. Моделирование режимов работы электроприводов горного оборудования // монография / Saarbrucken, 2013;
13. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М. // Фундаментальные исследования. 2013. № 8-5. С. 1066-1070;
14. Семёнов А.С., Кугушева Н.Н., Хубиева В.М., Матул Г.А. // Естественные и технические науки. 2014. № 3 (71). С. 165-171.
15. Семёнов А.С., Пак А.Л., Шипулин В.С. // Приволжский научный вестник. 2012. № 11 (15). С. 17-23;
16. Шипулин В.С., Семёнов А.С. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 344-347;

Общие сведения о программе моделирования

Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из множества дополнительных библиотек Simulink ориентированных на моделирование электромеханических и электроэнергетических систем и устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для имитационного моделирования электротехнических устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и прочего оборудования. Имеется также раздел содержащий блоки для моделирования устройств силовой электроники, включая системы управления для них. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, пользователь может не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств. В частности, пользователь имеет возможность рассчитать установившийся режим работы системы на переменном токе, выполнить расчет импеданса участка цепи, получить частотные характеристики, проанализировать устойчивость, а также выполнить гармонический анализ токов и напряжений.

Несомненным достоинством SimPowerSystems является то, что сложные электротехнические системы можно моделировать, сочетая методы имитационного и структурного моделирования. Например, силовую часть полупроводникового преобразователя электрической энергии можно выполнить с использованием имитационных блоков SimPowerSystems, а систему управления с помощью обычных блоков Simulink, отражающих лишь алгоритм ее работы, а не ее электрическую схему. Такой подход, в отличие от пакетов схемотехнического моделирования, позволяет значительно упростить всю модель, а значит повысить ее работоспособность и скорость работы. Кроме того, в модели с использованием блоков SimPowerSystems можно использовать блоки и остальных библиотек Simulink, а также функции самого MATLAB, что дает практически не ограниченные возможности для моделирования электротехнических систем.

Библиотека SimPowerSystems достаточно обширна. В том случае, если все же нужного блока в библиотеке нет, пользователь имеет возможность создать свой собственный блок как с помощью уже имеющихся в библиотеке блоков, реализуя возможности Simulink по созданию подсистем, так и на основе блоков основной библиотеки Simulink и управляемых источников тока или напряжения.

Таким образом, SimPowerSystems в составе Simulink на настоящее время может считаться одним из лучших пакетов для моделирования электротехнических устройств и систем.

Расчет данных для моделирования

Целью моделирования является построение характеристик зависимости момента и угловой скорости вращения электродвигателя от времени при пуске, а также определение перерегулирования, разрегулирования и времени переходного процесса. Также необходимо будет выполнить сопоставление промоделированных параметров с расчётными значениями. Выполним моделирование на простой модели с прямым пуском асинхронного двигателя для проверки рассчитанных параметров.

Перед началом моделирования приведем справочные параметры выбранного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором MAK355M6, которые понадобятся для расчета остальных недостающих обмоточных данных.

Исходные данные двигателя рабочего органа комбайна

Наименование параметра

Значение

Высота оси вращения вала h

355 мм

Мощность PH

200 кВт

Масса

1280 кг

Синхронная частота вращения n1

1000 об/мин

Номинальная частота вращения nH

978 об/мин

Номинальное скольжение SH

2,2 %

КПД η

0,945

Коэффициент мощности Cosφ

0,9

Номинальное напряжение UH

1140 В

Отношение пускового тока к номинальному missing image file

7

Отношение пускового момента к номинальному missing image file

1,6

Отношение максимального момента к номинальному missing image file

2

Отношение минимального момента к номинальному missing image file

0,9

Момент инерции J

8,8 кг*м2

Число пар полюсов missing image file

3

Соединение обмоток

missing image file

Для моделирования двигателя произведем расчет недостающих обмоточных данных по методике профессора И.В. Черных.

1. Механические потери:

Semenov.tif Вт

2. Приведенная мощность двигателя:

Semenov1.tif ВА

3. Номинальный ток двигателя:

Semenov1.eps А

4. Сопротивления обмотки статора двигателя:

Semenov2.tif Ом

5. Сопротивление обмотки ротора:

Semenov3.tif Ом

6. Приведенная индуктивность обмоток статора и ротора:

semenov14.eps

7. Индуктивность обмоток статора и ротора:

Semenov5.tif Гн

8. Взаимоиндукция между обмотками статора и ротора:

Semenov6.tif Гн

9. Проверка обмоточного коэффициента:

Semenov.eps

Моделирование асинхронного двигателя

Модель представляет собой принципиальную схему, состоящую из источников напряжения, асинхронного двигателя, блока для измерения основных параметров двигателя, осциллографа для измерения тока, момента и скорости и графопостроителя для отображения механической характеристики двигателя.

Semenov7.tif

Рис. 1. Модель прямого пуска асинхронного двигателя

Рассчитанные параметры двигателя подставляем в окно параметров блока асинхронного двигателя.

Semenov8.tif

Рис. 2. Окно параметров асинхронного двигателя

Промоделировав, снимаем показатели напряжения, тока, угловой скорости и момента. Сравниваем рассчитанные параметры с результатами моделирования и делаем соответствующие выводы.

 
Semenov9.tifРис. 3. Значения тока ротора
Semenov13.tifРис. 4. Значения тока статора

На этих графиках показано значение тока при заданных параметрах двигателя. Данные значения имеют расхождения с расчётными данными.

Данный график показывает нам параметры скорости вращения ротора (в об/мин) в зависимости от времени моделирования. Из графика видно, что время переходного процесса моделирования немного превышает 1 секунду, а перерегулирование отсутствует.

График момента отображает зависимость электромагнитного момента АД от времени моделирования. При пуске пусковой момент превышает допустимые значения (1,6*Мн). Рабочее значение момента составляет 2000 Н*м, что почти совпадает с расчетным значением.

На следующем графике показана зависимость угловой скорости ротора от электромагнитного момента асинхронного двигателя.

Semenov10.tif

Рис. 5. Скорость вращения ротора при прямом пуске

Semenov11.tif

Рис. 6. Момент двигателя при прямом пуске

Semenov12.tif

Рис. 7. Зависимость угловой скорости от момента двигателя

Вывод 

В результате произведенного моделирования видно, что пусковой ток статора значительно превышает расчетное значение. Это говорит о нецелесообразности использования прямого пуска для проходческого комбайна, т.к. будет наблюдаться большой перегрев двигателя и чрезмерный расход электроэнергии. В целом по быстродействию и номинальной нагрузке выбранный двигатель полностью подходит для использования на проходческом комбайне с учетом установки плавного пуска или системы управления типа ПЧ-АД, ТРН или УВ-АИН.


Библиографическая ссылка

Семёнов А.С., Хазиев Р.Р. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА ПУТЁМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 5-5. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14078 (дата обращения: 10.12.2022).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.685