Asynkronmotor – simulering

Systemet för modellering i Simulink visas i bilden nedan.
Se längre ner för Simulink modellfilen.

Den elektriska delen är enkel: tre styrbara spänningskällor skapar fasspänningarna som utgör en trefas källa, och dessa matas till en asynkronmotors statorlindning, med rotorlindningen kortsluten.

Motormodellen innehåller mekanisk tröghet (inertia). Blocken "mechanical load" ger en mekanisk lastmoment som är proportionell till mekanisk vinkelhastighet.

De andra delarna som gör att systemet ser så komplicerat ut är:

• till vänster: styrning för källorna
  • Klocksymbolen genererar tiden (i sekunder) sedan simuleringsstart.
  • "f(u)" är en funktionblock där man skriver en funktion av insignalen. Insignalen kallas för u. Här kan vi bestämma frekvensen som en funktion av tid, t.ex. for att implementera mjukstart. Frekvensen multipliceras med 2π och integreras över tid ("1/s") för att bli en vinkel som senare används som argument till sinusfunktioner för fasspäningarna.
  • Samtidigt genereras en spänningsmagnitud som ger märkspänning vid märkfrekvens, fast minskar spänning åtminstone i proportion till frekvens för att undvika att öka magnetflödet i kärnen (och därmed mätta kärnen). Här har vi minskat spänningen ännu mer en frekvens, enligt f^1,5, vilken gav slätare tidsfunktioner i effekt och moment.
  • Tre till funktioner tar emot magnitud och frekvens och skapar sinusformade tidssignaler med 120° fasförskjutningar, som styrsignaler till fasspänningskällorna.
• till höger och nedan: mätning och visning av resultaten.
  • Motormodellens 'm' utgång är en signalbuss som innehåller många mätresultat som kan extraheras som enskilda signaler med "BusSelector" blocken som är kopplad till 'm'.
  • Senare "mux" (multiplex) block används för att sätta ihop flera signaler, t.ex. tre fasströmmar, i ett enda signaltråd.
  • Undanpå motorn finns mätningar av alla tre fasspänningar (L-N) vid statorpolerna, följt av en mux.
  • Oscilloskop ("Scope") visar signal[er] på separata axlar for varje ingångsport på oscilloskopet.
  • Blocken "3ph PQ" gör en primitiv beräkning av aktiv och reaktiv effekt från uppmätta momentanavärden; den fungerar inte väl vid stark obalans, men i vår tillämpning är den accepterbar.

Bilden nedan visar nyckelparametrarna i systemet.

Motorns parametrar, till höger, är de viktigaste. "Initial conditions" är begynnelsevärden, d.v.s. vilket tillstånd motorn har vid noll tid: vi har valt att den är stationär, med ingen ström. "Rr'" är rotormotståndet övertransformerad till statorn. "Friction factor" har inte stor betydelse: den är som en extra mekanisk last inom motorn, som modellerar motorns mekaniska energiförluster.

Modell

Simulinkmodellen: asynkmot_varfv_r2019b.slx.

Följande länkarna visar skärmbilder av resultaten efter simulering av tre olika fall av motorstart. Motorparametrarna och slutvärden äv spänningsmagnitud och frekvens är samma i alla tre fall.

Direkt nätanslutning ('direct on line', DOL):   start_dol.png.

Här har källan en fast 400 V, 50 Hz spänning hela tiden efter t=0.

Y-D koppling under uppstart:   start_yd.png.

Här är frekvensen alltid 50 Hz, men spänningen börjar vid 231 V huvudspänning och ändras till 400 V efter 0,5 s. Så emuleras – någorluna – situationen när en D-lindning Y-kopplas i början av motorstart för att minska spänningen och därmed startströmmen.

Mjukstart med varierad frekvens och spänningsmagnitud:   start_soft.png.

Här följer spänningens frekvens en slät ökning över tid, från 0 Hz upp till 50 Hz under 3 s.
Spänningsmagnituden minskas enligt frekvensen, för att hålla strömmen låg och inte mätta kärnan med övermagnetisering.
Enkla funktioner har valts för att bestämma frekvensens ändring med tid, och spänningensmagnitudens förhållande till frekvensen: i praktiska drivsystem kunde det användas andra funktioner, eller återkoppling som justerar frekvensen enligt motorns faktiska (uppmätt) hastighet.