Механическая характеристика синхронного двигателя запитанного от инвертера тока

Представленная на чертеже модель позволяет ознакомиться с вариантом системы электропитания синхронного двигателя (он же – вентильный двигатель). В рассматриваемом случае её основу составляет трехфазный инвертер тока с программируемыми амплитудой и частотой. Амплитуда тока инвертера формируется системой автоматической регулировки частоты вращения двигателя (см. правую верхнюю область чертежа). В качестве опорного источника для инвертера используется трехфазный ротатор (см. составной блок "sin -120 +120"), на вход которого поступает сигнал с датчика поворота вала двигателя (см. глобальную переменную Angle). Поворотный шифратор на чертеже отсутствует. Угол поворота вала – одна из внутренних координат модели синхронной машины. Чтобы не дублировать её вычисление, в одном из субуровней модели машины, произведена модификация – добавлен порт записи глобальной переменной Angle. Рассматриваемый вариант управления двигателем не предполагает изменение намагниченности ротора, поэтому из модели машины удалена цепь обмотки возбуждения. В момент запуска системы источники тока инвертера включаются на индуктивность обмоток машины – падения напряжения на источниках должны устремиться в бесконечность. Для ограничения перенапряжений источники зашунтированы активными сопротивлениями с номиналом 1 кОм. Подключить эти сопротивления было удобно в субмодели машины. Особый интерес представляет электромагнитный момент – для контроля которого в субмодель машины добавлен ещё один порт записи глобальной переменной TORQUE.

Эксперимент № 1. Запустите процесс симуляции. Ознакомьтесь с результатами. Обратите внимание, что подобную механическую характеристику (МХ) часто имеет привод, построенный на машине постоянного тока.

Эксперимент № 2. САР стабилизации частоты вращения двигателя можно настроить так, чтобы обеспечивалась требуемая жесткость МХ на участке стабилизации угловой скорости. Сигнал ошибки системы поступает на вход блока limit. Произведение выбранного уровня ограничения и последующего масштабного коэффициента должно быть равно номинальной амплитуде тока фазы двигателя (исходные значения ±10·0.65). Перераспределите параметры блоков, сохранив произведение неизменным ±65·0.1. Убедитесь в том, что МХ стала более мягкой на участке стабилизации угловой скорости.

Эксперимент № 3. Можно заметить, что участки МХ, где ограничивается электромагнитный момент, не являются абсолютно жесткими. Факт объясняется сопротивлениями 1 кОм, которыми зашунтированы обмотки машины воизбежание сбоя решателя. Убедиться в сказанном можно усугубив ситуацию. Уменьшите номиналы шунтирующих сопротивлений до 200 Ом. Оцените результат.

Эксперимент № 4. Момент двухполюсного синхронного двигателя будет максимальным, если поле статора будет опережать поле ротора на 90 градусов. В рассматриваемой модели можно менять начальную фазу токов инвертера, смещая сигнал об угловом положении ротора на некоторое количество радиан. Около порта считывания переменной Angle имеется блок gain, на вход которого поступает число π. Установите параметр блока gain равным 0.49. Это будет эквивалентно повороту корпуса шифратора на угол близкий к 90 градусам. В результате развиваемый момент будет очень малой величины. Двигатель разгоняться не будет. Запустите процесс симуляции и убедитесь в сказанном.

Примечание от 23.12.2010. Если некий технический объект, с некоторой совокупностью допущений описан системой уравнений, то этот факт не говорит о том, что существует лишь одна вычислительная модель, соответствующая ей. В любую систему уравнений можно внести совокупность эквивалентных преобразований. Преобразования не уточняют описание объекта, поэтому система уравнений не признается новой. Но в случае, если система уравнений и её эквивалентно преобразованный дубль "оживают" в моделирующей программе, то различия (требуемые вычислительные ресурсы; возможность получения устойчивых решений) могут быть очень существенны.

Эксперимент № 5. Приведите модель привода к исходному состоянию. Замените модель машины библиотечным вариантом (проверьте номиналы параметров; удалите цепь обмотки возбуждения). В настройках симуляции активируйте простейший из методов интегрирования – Эйлера с запаздыванием по фазе (ERK11). Убедитесь в том, что время симуляции сократилось в 4 раза. Произошедшее объясняется сокращением общего количества узлов и использованием предустановленной схемы численного интегрирования в библиотечной модели машины (т.е. уменьшением порядка Якобиана).

23.04.2008; 23.12.2010