ЭЦС – Электропривод асинхронный нерегулируемый

 
в палитре на схеме

Блок реализует модель асинхронного нерегулируемого электропривода. Предназначен для использования в трехфазных однолинейных электрических схемах в «контуре переменного тока».

Расчетная схема

Блок включает в себя следующие компоненты (рисунок 1):
  • выключатель;
  • комплект релейной защиты электродвигателя;
  • асинхронный электродвигатель.

Рисунок 1. Структурная схема электропривода

Модель выключателя представляет собой управляемый ключ, в замкнутом положении представляется в схеме активным сопротивлением, равным 0,001 Ом. При работе совместно с блоком управления двигателем (БУД) положение ключа берется из базы данных (БД) свойство «Подключен к БД» равно «Да». Если свойство «Подключен к БД» равно «Нет», то ключ управляется от порта «Включен» (1 – включен, 0 - отключен).

Защиты моделируются внутри блока, только в случае, если свойство «Подключен к БД» равно «Нет». Если свойство «Подключен к БД» равно «Да», предполагается моделирование защит в отдельном листе «автоматики».

В данной версии блока реализованы следующие защиты электродвигателя:
  • трехступенчатая ненаправленная максимальная токовая защита (МТЗ) с независимой характеристикой и блокировкой работы по напряжению;
  • защита минимального напряжения (ЗМН).
Модель асинхронного двигателя основана на Г-образной схеме замещения с вынесенной цепью намагничивания, приведенной на рисунке 2. В данной схеме параметры ротора зависят от скольжения, для учета эффекта вытеснения тока по длине паза (или в пусковой и рабочей обмотках). Модель выполнена по прямой последовательности и обеспечивает расчет действующих значений напряжений, токов и мощностей.

В зависимости от свойств можно использовать модель упрощенную, без учет электромагнитных процессов в электродвигателе (рисунок 2) или с учетом (рисунок 3). Скорости работы моделей будет разные, что важно в больших схемах для обеспечения вычислений в режиме реального времени.

При свойстве «Подключен к БД» равном «Нет», можно использовать только первую модель. При свойстве «Подключен к БД» равном «Да», становится видимым свойство «Учитывать электромагнитные процессы», где можно выбрать «Да» или «Нет».

Рисунок 2. Схема замещения асинхронного двигателя 1

Рисунок 3. Схема замещения асинхронного двигателя 2

По каталожным данным предварительно определяют следующие параметры:
  • R1, X1 (L1) – активное и реактивное сопротивления (индуктивность) статора;
  • X0 (L0) – реактивное сопротивления (индуктивность) намагничивания;
  • R20, X20 (L20) – активное и реактивное сопротивления (индуктивность) ротора при скольжении равным нулю;
  • R21, X21 (L21) – активное и реактивное сопротивления (индуктивность) ротора для заторможенного ротора.
Для определения параметров сделано допущение, что R1 = R20 и X1 = X20. Данное предположение справедливо для большинства асинхронных двигателей, исключение могут составлять двигатели малой мощности напряжением 0,4 кВ.

Функция, определяющая зависимость параметров ротора, а значит и моментной характеристики, от скольжения задана следующим образом:

где a – коэффициент степени моментной характеристики, который подбирается экспериментально. Если характер моментной характеристики не известен, то a можно принять равным 1. Если известно, что имеется минимум на характеристики или его отсутствие, то а следует незначительно изменить в большую или меньшую сторону.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя в именованных единицах (Дж) определяется с учетом напряжения и частоты питающей сети f1 по формуле:

В модели предусмотрена возможность задать момент сопротивления механизма через входной порт или базу данных таблицы БУД. Также можно использовать встроенные зависимости, задав коэффициент загрузки Kz и тип характеристики механизма (TypeMc):

если TypeMc = 0:
если TypeMc = 0:
Уравнение движения ротора асинхронного двигателя представлено в виде (в относительных единицах):
где приведенные моменты отнесены к номинальному моменту:
а постоянная времени инерции определена через момент инерции:
В модели предусмотрена возможность задавать типовые виды отказов через БУД. Моделируются следующие виды отказа:
  • самопроизвольное включение силового выключателя;
  • самопроизвольное отключение силового выключателя;
  • заклинивание вала насоса;
  • проскальзывание вала насоса (можно задать жесткость отказа);
  • кавитация (можно задать жесткость отказа);
  • короткое замыкание (в цепи после выключателя).
При моделировании проскальзывания вала насоса решаются два уравнения движения, для раздельного определения скорости электродвигателя и скорости вала насоса:
Коэффициенты k1 и k2 определяются жесткостью отказа так, что при жесткости равной нулю – нет отказа, при жесткости равной 1 – обрыв вала. Промежуточные значения жесткости приблизительно соответствуют скорости вращения вала механизма.

Порты

Входные порты:
  • Питающее напряжение;
  • Момент сопротивления механизма, о.е. (используется, если свойствам «Моделировать момент сопротивления» и «Момент (мощность) из БД» задано значение «нет», в противном случае используются встроенные функции момента сопротивления или берется из базы данных);
  • Включен (1 – включен, 0 – отключен, при работе без БД).
Выходные порты:
  • Частота вращения АД;
  • Относительные обороты АД.

Свойства

  • Имя объекта в таблице;
  • Подключен к БД;
  • Имя таблицы БД (справочное свойство);
  • Тип электродвигателя;
  • Номинальная мощность, кВт;
  • Номинальное напряжение, кВ;
  • Номинальный коэффициент мощности;
  • Номинальный КПД, %;
  • Номинальная частота вращения, об/мин;
  • Кратность максимального момента, о.е.;
  • Кратность пускового момента, о.е.;
  • Кратность пускового тока, о.е.;
  • Коэффициент степени моментной характеристики;
  • Число пар полюсов;
  • Момент инерции, кг·м2;
  • Номинальная частота питающей сети, Гц;
  • Частота питающей сети из БД (Да/Нет);
  • Учитывать электромагнитные процессы (Да/Нет);
  • Момент (мощность) из БД (Да/Нет);
  • Моделировать момент сопротивления (Да/Нет);
  • Коэффициент загрузки;
  • Тип характеристики механизма;
  • Начальный момент сопротивления, о.е.

Расчетные свойства для справки пользователю:

Свойства параметров релейной защиты.

Свойства, относящиеся к МТЗ являются массивом из трех элементов. Каждый элемент содержит параметр 1, 2 или 3 ступени МТЗ соответственно.

Параметры

  • Активная составляющая тока статора, А;
  • Реактивная составляющая тока статора, А;
  • Действующее значение тока статора, А;
  • Активная мощность, кВт;
  • Реактивная мощность, кВар;
  • Полная мощность, кВА;
  • Частота вращения, об/мин;
  • Электромагнитный момент, о.е.;
  • Признак отказа;
  • Состояние выключателя.

Сопутствующие материалы