Мета навчальної дисципліни: вивчення навчальної дисципліни є підготовка бакалавра у галузі електроенергетики, електротехніки та електромеханіки шляхом формування компетентностей, що пов’язані з оволодінням методами підготовки математичних моделей електромеханічних систем та їх складових для одержання оцінки їх динамічних і статичних властивостей у результаті моделювання за допомогою засобів обчислювальної техніки.
Завдання навчальної дисципліни: навчити студентів складати математичні та структурні моделі обертових електричних машин постійного та змінного струмів та за допомогою ПК розрахувати їх характеристики.
Четвертий рік, 8 семестр, 4 кредита, екзамен.
Перелік дисциплін, які є передумовою вивчення курсу:
- 141БОК14 Теорія автоматичного керування
- 141БОК18 Теорія електропривода
- 141БОК20 Улаштування електроустановок споживачів, електрична частина станцій та підстанцій
- 141БОК22 Електроніка та мікросхемотехніка
Змістовий модуль 1. Моделювання електромеханічних систем постійного струму.
Тема 1. Основні поняття. Класифікація моделей. Етапи побудови моделей.
Визначення моделювання. Об’єкти-оригінали та об’єкти-моделі. Види моделювання. Похибки моделювання та їх складові.
Тема 2. Моделювання ланок електромеханічних систем. Перетворення Лапласа. Передаточні функції та частотні характеристики. Структурний аналіз. Правила перетворення багатоконтурних схем електромеханічних систем.
Моделювання складних електромеханічних систем. Поняття передаточної функції. Властивості перетворення Лапласа. Характеристики ланок.
Визначення математичного та структурного моделювання. Основні припущення. Алгоритм знаходження передавальної функції складної електромеханічної системи. Основні правила перетворювання.
Тема 3. Математичне та структурне моделювання двигунів постійного струму (ДПС). Модель ДПС з незалежним збудженням.
Електрична схема та математична модель ДПС. Структурні ланки ДПС та їх передавальні функції.
Тема 4. Модель ДПС з послідовним збудженням та з врахуванням насичення магнітного кола.
Електрична схема та математична модель ДПС. Характеристика намагнічування та її структурна ланка. Структурна схема моделі.
Тема 5. Модель ДПС з двозонним керуванням та з врахуванням реакції якоря та насичення.
Електрична схема та математична модель. Передавальна функція ланки реакції якоря. Структурна схема ДПС.
Змістовий модуль 2. Моделювання електромеханічних систем змінного струму.
Тема 1. Метод зображуючих векторів. Трифазна модель асинхронного двигуна (АД). Перетворення струмів та напруг трифазного АД у двофазну модель. Прямі та зворотні координатні перетворення. Зв'язок між напругами дво- та трифазних моделей.
Основні припущення. Визначення зображуючого вектора на комплексній площині. Зображення моделі АД. Математична модель трифазного АД. Закон Ампера. Недоліки моделі. Нерухома трифазна модель АД. Нерухома та обертова двофазна модель. Зображуючі вектори струмів та напруг. Зв'язок між струмами моделей. Графічні позначення прямих та зворотних перетворень. Застосування перетворень у структурних схемах. Зв'язок між напругами моделей.
Тема 2. Двофазна модель АД у неперетвореній системі координат α, β. Модель АД у перетвореній системі координат u, υ яка обертається з довільною швидкістю.
Перетворені та неперетворені системи координат. Недоліки двофазної моделі АД у неперетвореній системі координат. Особливості моделі АД. Рівняння електричної рівноваги статора та ротора у рухомих та нерухомих системах координат. Матрична форма рівнянь. Обертова та трансформаторна ЕРС.
Тема 3. Модель АД із КЗ ротором у перетвореній системі координат.
Коефіцієнт розсіювання. Математична модель АД у матричній формі. Рівняння руху та електромагнітного моменту АД.
Тема 4. Безрозмірні моделі електричних машин. Система базових одиниць.
Базисні фізичні величини. Безрозмірні рівняння електричної рівноваги, руху та моменту. Зв'язок коефіцієнта розсіювання та коефіцієнта якості магнітного кола.
Тема 5. Загальний принцип векторного керування АД. Системи координат.
Вирази для електромагнітного моменту АД. Орієнтовані системи координат і їх переваги.
Тема 6. Структурна схема АД при частотному керуванні у системі координат x, y.
Вибір системи координат орієнтованій за вектором напруги статора. Рівняння електричної рівноваги та електромагнітного моменту у вибраній системі координат. Математична модель АД та структурна схема.
Тема 7. Модель АД, керованого струмом статора у системі координат d, q, орієнтованій за потокозчепленням ротора.
Рівняння електричної рівноваги, руху та електромагнітного моменту у вибраній системі координат. Структурна схема АД. Ротатор.
Тема 8. Структурна схема АД, керованого напругою статора у системі координат d, q, орієнтованій за потокозчепленням ротора. Вектор-аналізатор та естиматор.
Рівняння електричної рівноваги, руху та електромагнітного моменту у вибраній системі координат. Математична модель та структурна схема АД. Математична модель аналізатора. Структурна схема аналізатора. Структурна схема ротатора.
Лабораторне заняття №1. Робота з середовищем SCILAB (MATLAB). Дослідження систем автоматизованого керування.
Ознайомлення із системою моделювання SCILAB (MATLAB), із принципами введення й відображення даних, з основними етапами підготовки і моделювання об'єктів регулювання та керування в пакеті Simulink, з методикою експериментального визначення амплітудно-частотних характеристик моделі.
Лабораторне заняття №2. Визначення параметрів моделі методом площ Симою.
Ознайомлення з методом визначення параметрів моделі методом площ Симою. Здобути навички визначення передавальною функції системи по кривій розгону, та експериментального визначення параметрів ланок структурної схеми.
Лабораторне заняття №3. Моделювання двигуна постійного струму при керуванні потоком збудження.
Ознайомлення з методами математичного моделювання двигунів постійного струму при керуванні потоком збудження Здобути навички складання й перетворення систем диференційних рівнянь та реалізації структурних схем на їх основі.
Лабораторне заняття №4. Дослідження статичних характеристик та усталених режимів роботи асинхронного двигуна.
Ознайомлення з методами складання математичних моделей асинхронних двигунів змінного струму. Навчитися складати одну з найпростіших моделей асинхронного двигуна та на її основі досліджувати статичні характеристики й усталені режими роботи.
Лабораторне заняття №5. Моделювання систем векторного керування асинхронним двигуном з короткозамкненим.
Ознайомлення з методами математичного моделювання асинхронних двигунів змінного струму в ортогональній системі координат. Навчитися складати й перетворювати системи диференційних рівнянь та реалізовувати структурні схеми на їх основі в пакеті Simulink.
Базова
- Чорний. О.П. Моделювання електромеханічних систем: підручник для ВНЗ/ О.П. Чорний, А.В. Луговий, Д.Й. Родькін, Г.Ю. Сисюк, О.В. Садовий. — Кременчук, 2001. — 410 с.
- Моделювання електромеханічних систем. Математичне моделювання систем асинхронного електроприводу: навчальний посібник / О. І. Толочко. – Київ, НТУУ «КПІ», 2016. – 150 с.
- Основи комп’ютерного моделювання: навч. посібник / М.С. Барабаш, П.М. Кір’язєв, О.І. Лапенко, М.А. Ромашкіна. 2-е вид. стер. – К.: НАУ, 2019. – 492 с.
- Онушко, В.В. Моделювання електромеханічних систем: навчальний посібник / В.В. Онушко, Д.В. Стрижеус. – Полтава, ПолтНТУ, 2010.-81с.
Допоміжна
- Моделювання систем: Підручник для вузів/ В.М. Томашевський. - К.: BHV, 2005. - 352 c.
- Дослідження систем електропривода методами математичного моделювання: Навчальний посібник / С. М. Довгань. - Дніпропетровськ: НГА України, 2001. - 137 с.
- Основи комп’ютерного моделювання: навч. посібник / М.С. Барабаш, П.М. Кір’язєв, О.І. Лапенко, М.А. Ромашкіна. 2-е вид. стер. – К.: НАУ, 2019. – 492 с.