книги / Практическое моделирование электротехнических систем и систем автоматики
..pdf
тивление RL) электровоза определяется степенью его тяговой способности. В модели каждый электровоз имеет свою тяговую нагрузку. Подключение электровоза к контактной сети обеспечивается элементом Ideal Switch, управляемым таймером (элемент Timer). Элемент Ideal Switch расположен в подразделе Power
Electronics раздела SimPowerSystems (SPS).
Рис. 40. Схема модели контактной сети постоянного тока для питания трех шахтных электровозов
Постройте модель контактной сети постоянного тока для питания трех шахтных электровозов согласно рис. 40. В этой модели временной режим работы каждого электровоза определяется следующей последовательностью (табл. 1).
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
Временной режим работы |
|
||
|
|
|
|
|
Номерэлектровоза |
ПараметрыэлементаTimer |
|||
Time (s) |
Amplitude |
|||
|
|
|||
Электровоз1 |
(Ideal Switch) |
0; 0.5; 2; 2.5; 3; 3.5; 5 |
0 1 1 0 1 1 0 |
|
Электровоз2 |
(Ideal Switch 1) |
0; 1.0; 2; 2.5; 3; 3.5; 5 |
0 1 1 1 1 0 1 |
|
Электровоз3 |
(Ideal Switch 2) |
0; 1.5; 2; 2.5; 3; 3.5; 5 |
0 1 1 1 0 1 0 |
|
51
Раскройте меню установки параметров для каждого таймера и установите согласно этой таблице параметры Time(s) и Amplitude. Последовательность значений параметра Time(s) отделяется друг от друга пробелом.
После запуска в работу этой модели график изменения тока в контактной сети должен соответствовать графической зависимости, представленной на рис. 41.
Рис. 41. Характер изменения тока в шахтной контактной сети при работе трех электровозов
3.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Исследование однофазных цепей переменного тока первоначально рассмотрим на модели, составленной для решения следующей задачи.
Задача: составить SPS-модель, в которой параллельные цепи переменного тока с различным видом нагрузки одновременно включаются управляемым выключателем на индуктивную нагрузку.
52
Схема такой модели показана на рис. 42. Эта модель строится по аналогии с моделью, представленной на рис. 37, только значение тока в каждой цепи параллельно подается на отдельный канал регистратора типа Scope. Для этой цели нужно раскрыть окно установки параметров этого элемента и параметру Number of axes определить значение 3.
Постройте модель поставленной задачи и установите для ее элементов следующие параметры:
R1 = 0,8 K; R2 = 2 K; R3 = 10 K; L = 100 H; AC = 100 В.
Таймер (Timer) должен включить сеть элементом Breaker через 0,2 с.
Рис. 42. Структура модели параллельной цепи переменного тока с активной нагрузкой
После запуска модели в работу на экранах регистратора появятся графики пускового тока отдельно для каждой цепи. При смене значения параметра L характер пускового тока в каждой цепи иллюстрируется графиками, представленными на рис. 43 и 44.
Анализ этих зависимостей показывает, что с возрастанием общей индуктивности цепи переменного тока независимо от величины активной нагрузки снижается амплитудный и частотный спектр колебаний переменного тока в каждой цепи.
53
аб
Рис. 43. Семейство характеристик пускового тока в цепях переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой
(а – при L = 100 Н, б – при L = 1000 Н)
аб
Рис. 44. Семейство характеристик пускового тока в цепях переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой
(а – при L = 10 000 Н, б – при L = 100 000 Н)
54
Задача: составить SPS-модель, в которой параллельные цепи переменного тока одновременно нагружены активно-индук- тивной нагрузкой различных по номиналу.
Для реализации этой задачи построим модель, представленную на рис. 45. В этой модели параллельные цепи переменного тока представлены элементами Series RLC Branch, в варианте RL. Каждый из этих элементов, является нагрузочным устройством в отдельной цепи, каждая из которых подключается к общему источнику переменного напряжения соответствующим управляемым выключателем (элементом Breaker). Сигнал управления для этого выключателя формируется соответствующим элементом типа Timer.
Рис. 45. Структура модели параллельной цепи переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой
Для исследования взаимовлияния индуктивной нагрузки на токовую характеристику каждой цепи зададим с помощью элемента Timer некоторую последовательность подключения этих цепей к источнику переменного напряжения. Режим работы таймеров в этом эксперименте определен содержанием табл. 2.
После запуска модели в работу таймеры подключают к источнику питания первую и третью цепи в интервале 0,5 до 1 с,
55
а вторая цепь включается в работу на 0,8-й секунде. В результате этого на экранах регистратора появятся графики изменения тока в каждой цепи, представленные на рис. 46.
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
Режим работы таймеров |
|
||
|
|
|
|
|
Токоваяцепьдляэлементов |
ПараметрыэлементаTimer |
|||
Time(s) |
Amplitude |
|||
|
|
|||
Series RLC Branch |
|
0; 0.5; 1; 1.5; 2.8 |
0 1 0 1 0 |
|
Series RLC Branch 1 |
|
0; 0.8; 1.8; 2 |
0 1 0 1 |
|
Series RLC Branch 2 |
|
0; 0.5; 1; 1.5; 2; 2.5 |
0 1 0 1 0 1 |
|
Рис. 46. Семейство токовых характеристик в цепях переменного тока с активно-индуктивной нагрузкой в переменно-пусковом режиме
Характер изменения тока в этих цепях зависит как от величины ее индуктивности, так и от взаимовлияния индуктивной нагрузки на смежные цепи. Если растянуть по времени участок графика, показанный на рис. 46, и растянутый участок показать на отдельном рисунке (рис. 47), то на нем в интервале от 0,8 до 1 с процесс взаимовлияния явно прослеживается.
56
Рис. 47. Срыв синусоидальности при взаимовлиянии индуктивности параллельных токовых цепей
В исследованной нами модели в каждой цепи присутствовала только RL-нагрузка. Рассмотрим теперь влияние емкостной составляющей на токовую характеристику цепей при наличии емкостной составляющей хотя бы в одной из этих цепей. Для этой цели в средней цепи предыдущей модели подключим параллельно элементу RL элемент типа С и первоначально установим для него значение 0,0001 Ф. Схема такой модели представлена на рис. 48.
После запуска в работу этой модели на экранах регистратора появятся графики, представленные на рис. 49.
57
Рис. 48. Структура модели параллельной цепи переменного тока с активно-индуктивной и емкостной нагрузкой
Рис. 49. Семейство токовых характеристик в цепях переменного тока с активно-индуктивной и емкостной нагрузкой
Анализ осциллограммы (см. рис. 49) показывает, что элемент емкости, параллельно подключенный активно-индуктивной нагрузке во вторую цепь, при неизменных параметрах нагрузки в остальных цепях, значительно меняет как характер колебательного процесса в этой цепи (см. рис. 46), так и отражается на величине амплитуды колебаний тока.
58
Если менять величину емкости в следующей последовательности: 0,001; 0,01; 0,1 Ф, то можно установить определенную закономерность влияния величины емкости на характер изменения переменного тока в каждой цепи. Поменяйте значение этого элемента в предложенной последовательности и определите закономерность влияния величины индуктивности на характер токовой нагрузки в цепях переменного тока.
3.3. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРЕХФАЗНЫХ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Исследование трехфазных цепей переменного тока будем проводить на модели, предназначенной для решения следующей задачи.
Задача: составить SPS-модель, в которой источник трехфазного напряжения с задержкой в 0,02 с подключается трехфазным выключателем к трехфазной сети с несимметричной активной нагрузкой фаз.
Схема такой модели показана на рис. 50. Эта схема строится по аналогии с моделью, представленной на рис. 34, только источником напряжения в ней будет элемент Three-Phase Source, а в качестве выключателя применен элемент Three-Phase Breaker. Все остальные элементы остаются неизменными.
Рис. 50. Структура модели трехфазной цепи переменного тока с активной нагрузкой
59
Постройте модель, представленную на рис. 50, и установите для ее элементов следующие параметры: R1 = 0,8 K; R2 = 2 K;
R3 = 10 K; AC = 380 В.
После запуска модели в работу на экранах регистратора Scope появятся графики пускового тока отдельно по каждой фазе. Включение только активной нагрузки, различной по номиналу для каждой фазы, отражается лишь на амплитудном значении переменного тока. Синусоидальность этого тока в фазах не меняется. Об этом свидетельствуют осциллограммы, изображенные на рис. 51.
Рис. 51. Семейство характеристик пускового тока в фазовых цепях при активной нагрузке
60