سیمولینک ماشین القایی 3 فاز

سیمولینک ماشین القایی 3 فاز

یکی از شبیه سازی های جالب با متلب؛ سیمولینک ماشین القایی 3 فاز هست که در آن به بررسی جریان های سه فاز استاتور، رتور، سرعت، گشتاور و در نهایت نمودار گشتاور – سرعت پرداخته می شود. موتور القایی که در این سیمولینک استفاده کرده ایم به صورت بلوک آماده نبوده بلکه به صورت کاملا غیرخطی طراحی شده است (علت این کار افزایش سطح علمی تمرین بوده است).

پیشنهاد ویژه

به شما پیشنهاد می کنیم حتما از آموزش سیمولینک متلب (جامع ترین آموزش شبیه سازی در نرم افزار متلب) دیدن نمایید.

آموزش سیمولینک متلب

همانگونه که می دانید هر ماشین الکتریکی در نرم افزار متلب دارای یک بلوک آماده است، ما برای افزایش سطح علمی تمرین امروز، از بلوک آماده برای موتور القایی سه فاز استفاده نکرده ایم بلکه طبق معادلات اثبات شده، به طراحی غیرخطی آن پرداخته ایم، منبع این طراحی مقاله ارائه شده با عنوان “”Transient Load Model of an Induction Machine”” و نوشته شده توسط “J.J.Cathey, R.K. Calvin and A.K. Ayoub” می باشد که می توانید از طریق وب سایت IEEE به آن دسترسی پیدا نمایید.

تمرین فوق یکی از شبیه سازی های(تمرین) کتاب “تحلیل ماشین های الکتریکی و سیستم های محرکه” نوشته: پال سی کراوز یا کراوس نیز می باشد، هر چند که این شبیه سازی در خیلی از کتاب های مهندسی دیگر نیز مورد استفاده قرار گرفته است.

در کنار سیمولینک شما می توانید موتور القایی 3 فاز را به صورت M فایل نیز کدنویسی نمایید، شاید در نگاه اول فهم “ام فایل” مشکل تر به نظر برسد اما در پروژه های سطح بالا مثل همین مورد، موتور القایی 3فاز(البته کامل طراحی شده از صفر نه بلوک آماده) فهم Mفایل به این دلیل که به صورت خط به خط نوشته و اجرا می گردد راحت تر است. در این تمرین جهت ایجاد تنوع قسمتی از خروجی ها را با Mفایل بدست آورده ایم.

توجه داشته باشید؛ که هر دو موتور (بلوک و M فایل) دقیقا یکی بوده، و در طراحی بلوک دیاگرامی برای شما ماسک نیز قرار داده ایم تا بتوانید متغیرهای ورودی را به سادگی با توجه به نیاز خوتان تغییر دهید.

نحوه تغییر موتور القایی 3 فاز و جایگزین کردن مقادیر خود را در ویدیو زیر توضیح داده ایم؛

شبیه سازی حالت بلوک دیاگرامی

موتوری که ما قصد طراحی آن را داریم یک موتور با توان 3hp (سه اسب بخار) می باشد که در جدول زیر مشخصات مربوط به آن را مشاهده می نمایید؛

جدول وردی های موتور القایی 3 اسب بخار

در ابتدا موتور القایی 3 فاز را به صورت بلوک دیاگرامی طبق روابط ریاضی آن طراحی می کنیم که در زیر تصویر آن قرار داده شده است.

بلوک دیاگرام موتور القایی در متلب

در نهایت با توجه به ورودی های لازم این بلوک، آن را به 4 بلوک ویژه سیگنال ورودی متصل می کنیم و از سمت دیگر 7 خروجی که شامل جریان های سه فاز استاتور، جریان های سه فاز رتور و سرعت موتور می باشد متصل می کنیم.

در نهایت تصویر زیر کل پروژه ما را نشان می دهد؛

بلوک کامل موتور القایی

البته در نظر داشته باشید که ما هیچ یک از عوامل تلف زا مانند؛ اصطحکاک، مقاومت هوا و … را در نظر نگرفته ایم.

 تحلیل حالت بلوک دیاگرامی

همانگونه که در نمودار های زیر مشاهده می کنید برخلاف تصور نوسانات جریان های استاتور بیشتر از رتور بوده و حتی در زمان میرا شدن هم شاهد تفاوت زیادی بین این دو جریان هستیم؛ به گونه ای که جریان های رتور نسبت به استاتور زودتر میرا شده اند.

خروجی های جریان استاتور موتور القایی در متلب
خروجی های جریان رتور موتور القایی در متلب

 

شبیه سازی موتور با M فایل

با توجه به اینکه ماشین های القایی با توان پایین(3hp) دارای لغزش نسبتا بالایی هستند و به همین دلیل گشتاور نامی در سرعتی خیلی کمتر از سرعت نامی ظاهر می شود قصد داریم با شبیه سازی این موتور این مطلب را در قالب نمودار مشاهده(اثبات) نماییم، و ببینیم در چه سرعتی شاهد گشتاور نامی خواهیم بود.

پس در ابتدا شروع به وارد کردن داده های موتور القایی به صورت زیر می نماییم، توجه داشته باشید که این موتور دقیقا همان موتور شبیه سازی شده در قسمت قبلی می باشد؛

clear all
clc
J=.089;
rr=.816;
t=0;
i=0;
dt=.0001;
P=4;
Tl=11.9/2;
Te=0;
tet0=0;tetr0=0;tet=0;tetr=0;
rs=.435;
Wr0=0;
Xlr=.754;
Xls=.754;
Wb=120*pi;
Xm=26.13;
Xss=Xls+Xm;
Xrr=Xlr+Xm;

و سپس طبق معادلات بیان شده برای ماشین القایی به صورت غیرخطی عمل می کنیم و روابط ریاضی را به صورت ماتریسی می نویسیم که در زیر آورده شده اند؛

D=(Xss*Xrr)-(Xm^2);
vqr=0;vdr=0;vor=0;
Q0=[0;0;0;0;0;0];
Qqs=0;Qds=0;Qos=0;Qqr=0;Qdr=0;Qor=0;
while t<=3 Vas=220*(.8165)*cos(Wb*t); Vbs=220*(.8165)*cos((Wb*t)-(2*pi/3)); Vcs=220*(.8165)*cos((Wb*t)+(2*pi/3)); Ks=(2/3)*[cos(tet0) cos((tet0)-(2*pi/3)) cos((tet0)+(2*pi/3));sin(tet0) sin((tet0)-(2*pi/3)) sin((tet0)+(2*pi/3));.5 .5 .5]; V1=Ks*[Vas;Vbs;Vcs]; vqs=V1(1,1);vds=V1(2,1);vos=V1(3,1); Q=[Qqs;Qds;Qos;Qqr;Qdr;Qor]; V=[vqs;vds;vos;vqr;vdr;vor]; Wr=Wr0; W=Wr; A=[rs*Xrr/D (W/Wb) 0 (-rs*Xm/D) 0 0;(-W/Wb) rs*Xrr/D 0 0 -rs*Xm/D 0;0 0 rs/Xls 0 0 0;-rr*Xm/D 0 0 rr*Xss/D (W-Wr)/Wb 0;0 (-rr*Xm/D) 0 (-(W-Wr)/Wb) rr*Xss/D 0;0 0 0 0 0 rr/Xlr]; B=[1/Wb 0 0 0 0 0;0 1/Wb 0 0 0 0;0 0 1/Wb 0 0 0;0 0 0 1/Wb 0 0;0 0 0 0 1/Wb 0;0 0 0 0 0 1/Wb]; Brev=inv(B); Arev=-inv(B)*A; Q01=Arev*Q+Brev*V; Te=(P/2)*(3/2)*(Xm/(D*Wb))*((Q(1,1)*Q(5,1))-(Q(2,1)*Q(4,1))); Wr01=(P/2)*((Te-Tl)/J); tet01=W; tetr01=Wr; Wr=Wr0+(Wr01*dt/2); tet=tet0+(tet01*dt/2); tetr=tetr0+(tetr01*dt/2); Q=Q0+(Q01*dt/2); Q02=Arev*Q+Brev*V; Te=(P/2)*(3/2)*(Xm/(D*Wb))*((Q(1,1)*Q(5,1))-(Q(2,1)*Q(4,1))); Wr02=(P/2)*((Te-Tl)/J); Wr=Wr0+(Wr02*dt/2); W=Wr; tet02=W; tetr02=Wr; tet=tet0+(tet02*dt/2); tetr=tetr0+(tetr02*dt/2); Q=Q0+(Q02*dt/2); Q03=Arev*Q+Brev*V; Te=(P/2)*(3/2)*(Xm/(D*Wb))*((Q(1,1)*Q(5,1))-(Q(2,1)*Q(4,1))); Wr03=(P/2)*((Te-Tl)/J); Wr=Wr0+(Wr03*dt); W=Wr; tet03=W; tetr03=Wr; tet=tet0+(tet03*dt); tetr=tetr0+(tetr03*dt); Q=Q0+(Q03*dt); Q04=Arev*Q+Brev*V; Te=(P/2)*(3/2)*(Xm/(D*Wb))*((Q(1,1)*Q(5,1))-(Q(2,1)*Q(4,1))); Wr04=(P/2)*((Te-Tl)/J); Wr0=Wr0+(Wr01+2*Wr02+2*Wr03+Wr04)*(dt/6); W=Wr0; tet04=W; tetr04=Wr; tet0=tet0+(tet01+2*tet02+2*tet03+tet04)*(dt/6); tetr0=tetr0+(tetr01+2*tetr02+2*tetr03+tetr04)*(dt/6); Q0=Q0+(Q01+Q02*2+2*Q03+Q04)*(dt/6); Qqs=Q0(1,1);Qds=Q0(2,1);Q0s=Q0(3,1);Qqr=Q0(4,1);Qdr=Q0(5,1);Q0r=Q0(6,1); Te=(P/2)*(3/2)*(Xm/(D*Wb))*((Q(1,1)*Q(5,1))-(Q(2,1)*Q(4,1))); I=(1/D)*[Xrr 0 0 -Xm 0 0;0 Xrr 0 0 -Xm 0;0 0 D/Xls 0 0 0;-Xm 0 0 Xss 0 0;0 -Xm 0 0 Xss 0;0 0 0 0 0 D/Xlr]*Q; iqs=I(1,1);ids=I(2,1);ios=I(3,1);iqr=I(4,1);idr=I(5,1);ior=I(6,1); Kr=(2/3)*[cos((tet0-tetr0)) cos(((tet0-tetr0))-(2*pi/3)) cos(((tet0-tetr0))+(2*pi/3));sin((tet0-tetr0)) sin(((tet0-tetr0))-(2*pi/3)) sin(((tet0-tetr0))+(2*pi/3));.5 .5 .5]; Irotor=inv(Kr)*[iqr;idr;ior]; iar=Irotor(1,1);ibr=Irotor(2,1);icr=Irotor(3,1); Ks=(2/3)*[cos(tet0) cos((tet0)-(2*pi/3)) cos((tet0)+(2*pi/3));sin(tet0) sin((tet0)-(2*pi/3)) sin((tet0)+(2*pi/3));.5 .5 .5]; Istator=inv(Ks)*[iqs;ids;ios]; ias=Istator(1,1);ibs=Istator(2,1);ics=Istator(3,1); i=i+1; time(i)=t; Iar(i)=iar; Tee(i)=Te; Ias(i)=ias; WW(i)=(30*Wr0)/(2*pi); t=t+.0001; if t>=1.5
    Tl=11.9;
end
end

در ادامه از دستور plot استفاده کرده و خروجی های مدنظر را ترسیم می نماییم؛

plot(time,WW);xlabel('t') ;ylabel('Wr')
grid on
figure
plot(time,Ias);xlabel('t') ;ylabel('ias')
grid on
figure
plot(time,Iar);xlabel('t') ;ylabel('iar')
grid on
figure
plot(time,Tee);xlabel('t') ;ylabel('Te')
grid on
figure
plot(WW,Tee);xlabel('wr') ;ylabel('Te')
grid on

تحلیل شبیه سازی حالت M فایل

قاعدتا انتظار ناحیه گذرا را داریم، و شاید در نگاه اول انتظار تاثیر حالت گذرا بروی جریان های  استاتور که به شبکه سه فاز متعادل متصل است را نداشته باشیم، و بیشتر انتظار نوسانات شدید را بروی رتور داشته باشیم.

در برنامه ای که نوشته ایم در ابتدا از موتور خواسته ایم که به سرعت پایدار خود بدون بارداری  برسد که توانسته در سرعت 1763.1 به پایداری مد نظر برسد.

 همانگونه که می بینید در این حالت بدلیل استارت از حالت سکون شاهد بیشترین نوسانات در جریان استاتور، جریان رتور و گشتاتور هستیم.

از طرفی به دلیل پایین بودن توان ماشین (3hp)؛ موتور در سرعت کمتری به گشتاور نامی رسیده است(لغزش بالاست) با دقت در نمودار گشتاور – سرعت، در سرعت 1000rpm موتور به گشتاور نامی خود رسیده است.

مطالب بیان شده در نمودار های زیر قابل مشاهده هستند؛

جریان فاز a استاتور در متلب
جریان فاز a رتور در متلب
سرعت موتور القایی در متلب
گشتاور - سرعت القایی در متلب
گشتاور موتور القایی در متلب

در ادامه در زمان 1.5 ثانیه به موتور یک بار متصل کرده ایم که در جریان استاتور و رتور تاثیر گذاشته و عملا باعث افزایش جریان عبوری در استاتور شده است، از طرفی نیز باعث افزایش و ایجاد هارمونیک در جریان های رتور نیز گشته است.

مورد دیگر گشتاور راه اندازی موتر القایی می باشد که با توجه به نوسانی بودن آن(صرف نظر از این مورد) گشتاور راه اندازی خوبی ایجاد کرده است که یکی از محاسن این نوع موتور نیز می باشد(البته همچنان موتور های DC در این زمینه بی رقیب هستند).

1415866183_Internet_Download_Manager     دانلود مستقیم فیلم توضیحات سیمولینک ماشین القایی 3 فاز – HD  | با حجم 11 مگابایت

1415866183_Internet_Download_Manager     دانلود مستقیم فایل شبیه سازی موتور القایی 3 فاز – بلوک دیاگرامی  | با حجم 1 مگابایت

1415866183_Internet_Download_Manager     دانلود مستقیم فایل شبیه سازی موتور القایی 3 فاز – M فایل  | با حجم 1 مگابایت

1415866190_698841-icon-114-lock-128     پسورد : www.poweren.ir

راستی! برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام PowerEn عضو شوید.

تلگرام
مهندس سیاه تیری
گرایش مورد علاقه‌ام ماشین‌های الکتریکی، بخصوص نوع دایرکت درایوها هست - عاشق کار با نرم‌افزارهای تخصصی هستم - هدفم انتقال تمام دانش تخصصی هست که در طی سال‌ها فعالیت به‌صورت پروژه محور (برای شرکت‌ها و افراد) کسب کردم و واقعاً خوشحال می شم بتونم کمکتون کنم. تموم موفقیت‌های داشته و نداشتم رو مدیون کسی هستم که بدون هیچ چشم داشتی کنارم موند. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد برق - قدرت (ماشین‌های الکتریکی و الکترونیک قدرت) - دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
همراه ما باشید در کانال تلگرام مهندسی برق کانال تلگرام PowerEn
اطلاع رسانی با ایمیل
اطلاع از
guest
41 دیدگاه
جدیدترین
قدیمی‌ترین محبوب‌ترین
Inline Feedbacks
View all comments
محمد ناصری
محمد ناصری
1 سال پیش

با سلام و تشکر از شما.
آیا امکان دارد که بروی این فایلها خطاهای موتور القایی را پیاده سازی نمود؟مثلا خطای اتصال کوتاه حلقه به حلقه، یا خطای خروج از مرکز و …

محمد ناصری
محمد ناصری
Reply to  مهندس سیاه تیری
1 سال پیش

امکان دارد بیشتر راهنمایی بفرمایید.

مهرداد
مهرداد
1 سال پیش

سلام و خسته نباشید خدمت مهندس
عالی بود . من قرار هست یه مدل از موتورهای مترو تو محیط متلب همراه با شبکه هاش رو شبیه سازی کنم . استاد راهنمای بنده هم جناب دکتر بطحایی هستن . امیدوارم که هرچه زودتر بتونم تموم کنم پایان نامه رو

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
elm
elm
1 سال پیش

با سلام و تشکر بابت فایل آموزشی
سوالی که دارم، ضریب a که با دوبا کلیک کردن روی شماتیک ظاهر میشه چه ضریبی هست؟
مقدار w و wb رو میتونم به صورت 2*pi*f در نظر بگیرم؟
من با استفاده از شماتیک شما، مجددا خودم در متلب سیمولینک رو ترسیم کردم و هیچ تفاوتی با فایل شما نداره ولی به جای سرعت بین 1700-1800 سرعت 1500 میده. و هر کاری میکنم مشکلم رفع نمیشه.
ممنون میشم راهنماییم کنید.

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
elm
elm
Reply to  مهندس سیاه تیری
1 سال پیش

بله متوجه هستم.
من هم دقیقا داده های موتوری که شما اعمال کردید رو هم در کد و هم در سیمولینک اعمال کردم. کد دقیقا درست عمی میکنه و به سرعت مورد نظر رسیده ولی سیمولینک از سرعت 1500 rpm بیشتر نمیشود.
احتمال میدم مربوط به ضریب a باشه که من در ترسیم مجدد سیمولینک نمیدونم کجا بایستی اعمال بشه.
اگر در مورد این ضریب توضیحی بدید ممنونم میشم.

elm
elm
Reply to  مهندس سیاه تیری
1 سال پیش

مشکل حل شد. موفق باشید

امید
امید
1 سال پیش

سلام دوست عزیز شبیه سازی ماشین سنکرون رو به صورت کد ندارید؟

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
آرش
آرش
1 سال پیش

عرض سلام و خسته نباشيد
بنده فايل slx شبيه سازي با سيمولينك و دانلود كردم اما وقتي در محيط متلب ران ميكنم اصلا باز نميشه و ارور ميده كه اين فايل با متلب٢٠١٧ b نوشته شده ، نسخه متلب من ٢٠١٥ ست ، راهي هست كه باز بشه ؟؟
و اين كه خروجي موتور القايي چه شكل موج هايي بايد ديده بشه؟
تشكر

گرایش رشته تحصیلی
قدرت
آرش
آرش
Reply to  مهندس سیاه تیری
1 سال پیش

شرمنده منظورم اين بود كه هدف از شبيه سازي موتور القايي شكل موج ولتاژ ها بايد در اسكوپ ديده بشه و يا جريان ؟
و اين كه نميشه فايل mdl رو قرار بديد چون با متلب ٢٠١٧a هم باز نشد
تشكر

Shantia
Shantia
1 سال پیش

ممنون از اینکه این پروژه رو قرار دادید
فقط یه سوال:
داخل ام‌فایل چهار تتا و سای در چهار مرحله با ضرایب مختلف بدست اومده. این روش بر چه اساسی و چجوریه؟ مگه سای از ضرب ولتاژ در معکوس ماتریس A نباید حاصل بشه؟
ممنون میشم در این زمینه توضیح بدید

گرایش رشته تحصیلی
قدرت