Использование имитационных моделей асинхронных электроприводов при
обучении студентов электротехнических специальностей. <...> При подготовке специалистов по всем электротехническим и электроэнергетическим специальностям важное место занимает курс электрического привода. <...> Владение теорией электрических машин является высокой составляющей профессиональной подготовки специалиста электрическим электроприводам и систем управления. <...> Современные компьютерные технологии позволяют качественно изменить и существенно улучшить технологию изучения электрических машин, перевести её в виртуальную действительность, осуществить в этой виртуальной лаборатории исследования статических и динамических режимов
работы электрических машин, их механических характеристик, условий пуска и техникоэкономических показателей с получением количественных результатов. <...> Для грамотного использования компьютерных технологий при исследовании электрических машин необходимо хорошо знать и понимать физические процессы, протекающие в электрических машинах; знать уравнения, описывающие работу электрической машины; уметь рассчитать параметры для построения математических моделей. <...> Использование компьютерных
технологий позволит расширить круг и глубину изучаемых вопросов, провести множество экспериментов с использованием виртуальных электрических машин, что благотворно скажется на
уровне подготовки специалистов. <...> В данной статье показаны виртуальные лабораторные работы для изучения асинхронных
двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами и исследовать в них переходных процессы,
пусковые свойства, естественные и искусственные механические, а также рабочие характеристики. <...> Разрабатываемые виртуальные лабораторные работы будут значительно превосходить по
техническим и экономическим возможностям реальную физическую лабораторную установку. <...> Рассматриваемые имитационные модели обладают широчайшим <...>
Использование_имитационных_моделей_асинхронных_электроприводов_при_обучении_студентов_электротехнических_специальностей.____.pdf
1
УДК [62-83:621.313.333]:004.45
ББК 31.291.63 С51
Н.Г. Романенко, Е.В. Стуров.
Использование имитационных моделей асинхронных электроприводов при
обучении студентов электротехнических специальностей.
При подготовке специалистов по всем электротехническим и электроэнергетическим специальностям
важное место занимает курс электрического привода.
На сегодняшний день подготовка грамотных специалистов невозможна без применения
новых форм обучения с использованием компьютерных технологий, базирующихся на современных
прикладных программных продуктах.
Владение теорией электрических машин является высокой составляющей профессиональной
подготовки специалиста электрическим электроприводам и систем управления. Современные
компьютерные технологии позволяют качественно изменить и существенно улучшить технологию
изучения электрических машин, перевести её в виртуальную действительность, осуществить
в этой виртуальной лаборатории исследования статических и динамических режимов
работы электрических машин, их механических характеристик, условий пуска и техникоэкономических
показателей с получением количественных результатов.
Для грамотного использования компьютерных технологий при исследовании электрических
машин необходимо хорошо знать и понимать физические процессы, протекающие в электрических
машинах; знать уравнения, описывающие работу электрической машины; уметь рассчитать
параметры для построения математических моделей. Использование компьютерных
технологий позволит расширить круг и глубину изучаемых вопросов, провести множество экспериментов
с использованием виртуальных электрических машин, что благотворно скажется на
уровне подготовки специалистов.
В данной статье показаны виртуальные лабораторные работы для изучения асинхронных
двигателей с короткозамкнутым и фазным роторами и исследовать в них переходных процессы,
пусковые свойства, естественные и искусственные механические, а также рабочие характеристики.
Поставленная задача реализована в наглядном и эффективном средстве визуального программирования
моделей – пакете Simulink программы MATLAB.
Разрабатываемые виртуальные лабораторные работы будут значительно превосходить по
техническим и экономическим возможностям реальную физическую лабораторную установку.
Рассматриваемые имитационные модели обладают широчайшим спектром возможностей по
исследованию асинхронной машины в различных режимах работы, что в реальной лаборатории
требует больших финансовых расходов из-за дороговизны необходимого оборудования.
В полученных виртуальных лабораторных работах появится возможность исследования
переходных процессов в асинхронном двигателе, снятия рабочих и искусственных механических
характеристик при различных значениях добавочного сопротивления в цепи ротора,
напряжения и частоты питающей сети.
Большим плюсом разрабатываемых лабораторных работ является то, что виртуальную лабораторию
можно использовать в дистанционном обучении студентов и в различных учебных
заведениях, где нет возможности поработать в реальной лаборатории. Единственное, что необходимо
для работы виртуальной лаборатории, это наличие персонального компьютера, который
в наше время является общедоступным и имеется в каждом учебном заведении.
Основой для изучения моделей асинхронных электроприводов является неуправляемый
привод, т.е. асинхронный двигатель, работающий от сети промышленного напряжения и частоты.
Подобный подход применяется для работы некоторых технологических механизмов нефтяного
сектора: вспомогательные лебедки, сепараторы, глиноотделители, пескоотделители, приводы
станков-качалок, а также как приводы промышленных насосов и вентиляторов. В зависимости
от рассматриваемого механизма, электропривод может работать со следующими типами
нагрузок:
1. Грузовая;
Стр.1
2
2. Вентиляторная (насосная);
3. Изменяющаяся нагрузка, которая может быть описана математической функцией.
Использование имитационных моделей позволяет смоделировать работу подобных приводов.
В качестве примера показана модель электропривода работающего с насосной характеристикой.
В качестве приводного двигателя выбран MTKF 512, параметры которого рассчитываются
по специальной методике [1], а окно настройки показано на рис.1
Рис.1 – Окно настройки модели асинхронного двигателя
Модель электропривода представляет собой трехфазный источник электрической энергии,
двигатель, блок нагрузки (в данной случае Fcn Function), и осциллографы для получения
динамических характеристик (рис.2).
Рис.2 – Модель неуправляемого асинхронного электропривода
Необходимо отметить, что задание различных типов нагрузок в модели, различается в зависимости
от предназначения электропривода:
1. Грузовая нагрузка – блок постоянного сигнала Constant с указанием момента в Н*м;
Стр.2
3
2. Вентиляторная нагрузка – блок Fcn Function. Задание математической функцией, которая
представленная как
.
3. Изменяющаяся нагрузка – блок Signal Builder, который позволяет собственноручно,
либо с использованием стандартной библиотеки, создать любой тип нагрузки электропривода,
как показано на рис.3.
Рис.3 – Окно настройки блока Signal Builder
Однако применение программной среды Matlab/Simulink для изучения динамических характеристик
не является новым словом при обучении студентов. Данная программа позволяет
провести более сложные и интересные с инженерной точки зрения расчеты. Учитывая повышенный
интерес к проектам по энергоэффективности предприятий, наиболее интересно применение
подобных моделей для расчета электрических затрат и потерь при работе того или иного
оборудования. Далее расчет моделей проведен только для работы с вентиляторной нагрузкой.
Подобный расчет для модели электропривода, работающего в стационарном режиме продолжительное
время, провести не составляет труда. Более трудоемкой задачей является расчет
затрат при динамических режимах, таких как пуск, торможение, переход с одной скорости на
другую и т.д. Именно для таких сложных случаев может применяться имитационная модель,
показанная на рис.4. Расчет ведется в функции времени, т.е. расчет электрической энергии в
Вт*с.
Рис.4 – Модель для расчета энергетических потерь асинхронного электропривода
В данном случаем мы получаем параметры Ws – электрическая энергия потребляемая
электроприводов из сети, Wm – электромеханическая энергия, efficiency – КПД за цикл работы,
Стр.3