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异步电动机矢量图的构建

此示例显示了在静态模式下为一相构建具有闭环转子(ADKZ)的异步电动机的旋转矢量图。

导言

ADKZ的矢量图说明了静力学中主要流量矢量、电机电压和电流的关系。 在发动机操作期间，所有矢量围绕转子的旋转轴线在横截面平面内旋转，同时它们的模块和相移发生变化。

在该计算中，为处于稳态的发动机的相位a构建图（矢量的长度和相位不改变）。 矢量的模块和相位是根据MTK011-6起重机-冶金发动机的护照数据基于示例中计算的替代方案计算的。

发动机计算

我们将根据有关ADKZ的护照数据确定初始数据。:

In [ ]: 
# Mtk011-6发动机的护照数据
Pₙ = 1400; Uₙ = 380; f₁ = 50;           # 额定功率[W]，线路电压[V]，频率[V]
nₙ = 870; p = 3; η = 0.72;              # 额定转速[rpm]、极对数、效率
cosϕ = 0.69; Iₙ = 4.8; I₀ = 3.2;        # 额定功率因数、额定电流[A]、空载电流[A]
ki = 3; mₚ = 2.8; mₘ = 2.8; J = 0.02;   # 电机最大电流、起动和最大转矩、转动惯量系数[kg*m2]

现在让我们继续计算ADKZ替换方案的参数。:

In [ ]: 
# 替代方案参数的计算
U₁ = Uₙ/sqrt(3);                           # 定子额定相电压[V]
n₀ = 60*f₁/p;                             # 同步转速[rpm]
sₙ = (n₀-nₙ)/n₀; sₖ = sₙ*(mₘ+sqrt(mₘ^2-1)); # 名义和临界滑移
ω₀ = 2π*f₁/p; ωₙ = π*nₙ/30;                # 转子的同步和标称角速度[rad/s]
Mₙ = Pₙ/ωₙ; Mₘ = Mₙ*mₘ; Mₚ = Mₙ*mₚ;           # 额定扭矩、最大扭矩和启动扭矩[Nm]
pₘ = 0.05*Pₙ;                              # 机械损耗（P㎡的5%）[W]
C = 0.8093072740472634;                   # 建设性系数（初步）

R₂ = 1/3*(Pₙ+pₘ)/(Iₙ^2*(1-sₙ)/sₙ);              # 转子绕组的减小的有功电阻为[欧姆]
R₁ = U₁*cosϕ*(1-η)/Iₙ - C^2*R₂ - pₘ/(3*Iₙ^2);  # 定子绕组的有源电阻[欧姆]

L₁σ = L₂σ = U₁/(4π*f₁*(1+C^2)*ki*Iₙ);          # 定子损耗电感和降低转子[Gn]
L₁ = L₂ = U₁/(2π*f₁*Iₙ*sqrt(1-cosϕ^2)-2/3*(2π*f₁*Mₘ*sₙ)/(p*U₁*sₖ)); # 定子电感和减小的转子[Gn]
Lm = L₁ - L₁σ;                                 # 磁路电感[Gn]

C = 1 + L₁σ/Lm                             # 建设性系数（指定）

X₁σ = 2π*f₁*L₁σ;    X₂σ = 2π*f₁*L₂σ        # 定子耗散和降低转子的无功电阻[欧姆]

I₂ = U₁/hypot(R₁+R₂*(1+(1-sₙ)/sₙ), X₁σ+X₂σ) # 转子电流[A]（初始值）
ψ₂ = atan(X₂σ*sₙ/R₂);                       # 转子电流延迟角[rad]（至转子电动势，初始值）

为了进一步计算和构建，我们转向电流和电压的复杂表示。 必须首先定义辅助函数。

辅助功能

以下功能可让您在将来简洁地准备矢量图的区域。

In [ ]: 
"""
    coordinateplane(header::String,length_axis)

用于绘制坐标轴的函数。
情节，GR后端。
获取title属性的值和轴的长度（X或Y）
轴的比例是相同的，图表的标签在左上角。
"""
函数coordinateplane(header::String,length_axis)
    gr()
    plot(size=(500, 500), legend=:topleft, aspect_ratio=:equal,
        xlabel="X轴", ylabel="Y轴",
        标题=标题，showaxis=false）
    quiver!([-длина_оси/2], [0], quiver=([длина_оси], [0]), color=:grey, width = 2) # X轴
    quiver!([0], [-длина_оси/2], quiver=([0], [длина_оси]), color=:grey, width = 2) # Y轴
end;

下面的函数结合了预处理复杂向量的指令-缩放和旋转，以及构建相对于前一个的复杂向量。

In [ ]: 
"""
    vectorplot(初始::ComplexF64，结果::ComplexF64,
               цвет::Symbol=:black, лэйбл::String="")

用于从初始向量开始构造结果向量的函数。
情节，GR后端。
获取初始向量和结果向量的复数值，结果向量的颜色和标签属性。
旋转和乘数属性用于将生成的矢量旋转给定角度[rad]并相应地缩放。
建议在使用之前执行coordinateplane()。
"""
function vectorplot(начальный::ComplexF64, результирующий::ComplexF64, цвет::Symbol=:black, лэйбл::String="", поворот=0.0, множитель=1.0)
    начальный = начальный*множитель*exp(поворот*im)             # 旋转和缩放
    результирующий = результирующий*множитель*exp(поворот*im)   # 旋转和缩放
    情节。颤抖！([real(initial)],[imag(initial)],箭袋=([real(resultant)],[imag(resultant)]),颜色=颜色,标签=标签)
end;

电流矢量图的构建

让我们定义电流的复数矢量:

In [ ]: 
Ȯ = 0.0 + 0.0*im                # 零是原点的向量
İ₀ = I₀ + 0.0*im                # 复空载电流。 活动分量假定为0.0[A]
İ₂ = I₂*exp((3π/2-ψ₂)*im)       # 复数转子电流[A]
İ₁ = İ₀ - İ₂;                   # 复数定子电流[A]

让我们构建一个电流的矢量图:

In [ ]: 
coordinateplane("异步电动机电流矢量图", 20)

vectorplot(Ȯ,   İ₀,     :blue,     "İ₀, [A]")
vectorplot(İ₀,  -İ₂,    :green,    "-İ₂, [A]")
vectorplot(Ȯ,   İ₁,     :red,      "İ₁, [A]")
vectorplot(Ȯ,   İ₂,     :magenta,  "İ₂, [A]")
Out[0]:

图的一般外观，以及矢量相对于彼此和平面上的位置，对应于预期。 让我们继续指定矢量的参数并构建矢量应力图。

矢量应力图的构建

让我们定义复数电压和电动势矢量:

In [ ]: 
Ż₁ = R₁ + X₁σ*im        # 定子电路总集成电阻[V]
Ů₁_r = İ₁*R₁            # 定子电路中的有源压降[V]
Ů₁_x = İ₁*X₁σ*im        # 定子电路中的无功压降[V]
Ů₁_z = İ₁*Ż₁            # 定子电路中的总压降[V]

Ů₁ = U₁*im              # 复数电源电压[V]
Ė₁ = Ė₂ = Ů₁_z - Ů₁;    # 定子电动势和减小的转子[V]

让我们指定平面上的位置和复数向量的参数。:

In [ ]: 
Ė₁ = Ė₂ = abs(Ė₁)*exp(-π/2*im)     # 定子和减小的转子的电动势[In]（沿复轴移位）
Ů₁ = -Ė₁ + Ů₁_z                    # 电源电压[V]（考虑到电动势矢量的旋转）

I₂ = abs(Ė₂)/hypot((R₂/sₙ), X₂σ)    # 降低转子电流模数[A]（规定值）
ψ₂ = atan(X₂σ*sₙ/R₂)                # 转子电流延迟角[rad]（规定值）
İ₂ = I₂*exp((3π/2-ψ₂)*im)          # 降低复转子电流[A]

İ₁ = İ₀ - İ₂                       # 复数定子电流[A](指定)

Ů₂_r = İ₂*(R₂ + R₂*(1-sₙ)/sₙ)       # 转子电路中降低的有源压降[V]
Ů₂_x = İ₂*X₂σ*im;                  # 降低转子电路中的无功压降[V]

我们来构造一个ADKZ应力的矢量图:

In [ ]: 
coordinateplane("异步电机电压矢量图", 500)

vectorplot(Ȯ,        -Ė₁,   :green,   "-Ė,,[在]")
vectorplot(-Ė₁,      Ů₁_r,  :blue,    "Ů₁_r,[在]")
vectorplot(-Ė₁+Ů₁_r, Ů₁_x,  :orange,  "Ů₁_x,[在]")
vectorplot(-Ė₁,      Ů₁_z,  :purple,  "Ů₁_z，[在]")
vectorplot(Ȯ,        Ů₁,    :red,     ",,[在]")
vectorplot(Ȯ,        Ė₁,    :magenta, "Ė,,[在]")
vectorplot(Ȯ,        Ů₂_r,  :blue,    "Ů₂_r,[在]")
vectorplot(Ů₂_r,     Ů₂_x,  :orange,  "Ů₂_x,[在]")
Out[0]:

电压图也对应于预期参数。 最后，我们将构建一个在复平面上旋转的电流和电压的完整图。

构建旋转矢量图

设置将动画的旋转周期。
为了清楚起见，我们将缩放当前向量。

In [ ]: 
RotateDiagram = @animate for δ in range(0.0, step=2π/100, length = 100)
    coordinateplane("异步电动机的矢量图", 500)

    vectorplot(Ȯ,  İ₀,  :blue,    "İ₀·15, [A]",  δ, 15)
    vectorplot(İ₀, -İ₂, :green,   "-İ₂·15, [A]", δ, 15)
    vectorplot(Ȯ,  İ₁,  :red,     "İ₁·15, [A]",  δ, 15)
    vectorplot(Ȯ,  İ₂,  :magenta, "İ₂·15, [A]",  δ, 15)

    vectorplot(Ȯ,           -Ė₁,  :green,   "-Ė,,[在]",   δ)
    vectorplot(-Ė₁,         Ů₁_r, :blue,    "Ů₁_r,[在]",  δ)
    vectorplot((-Ė₁+Ů₁_r),  Ů₁_x, :orange,  "Ů₁_x,[在]",  δ)
    vectorplot(-Ė₁,         Ů₁_z, :purple,  "Ů₁_z，[在]",  δ)
    vectorplot(Ȯ,           Ů₁,   :red,     ",,[在]",    δ)
    vectorplot(Ȯ,           Ė₁,   :magenta, "Ė,,[在]",    δ)
    vectorplot(Ȯ,           Ů₂_r, :blue,    "Ů₂_r,[在]",  δ)
    vectorplot(Ů₂_r,        Ů₂_x, :orange,  "Ů₂_x,[在]",  δ)
end

gif(RotateDiagram, "RotateDiagram.gif", fps = 20)

[ Info: Saved animation to /user/alexevs/_new/induction_motor_vector_diagram/RotateDiagram.gif
Out[0]:
No description has been provided for this image

应该注意的是，图中矢量的旋转频率已经降低，以允许旋转分析250倍（从50到1/5Hz）。

结论

作为脚本的结果，我们获得了在复平面上旋转的ADKZ电流和电压的旋转矢量图。 该示例的进一步可能的扩展包括阐明替代方案和矢量的计算，以动态模式（负载调节，加速或减速）构造图，以及构造用于三个相位的图-对称和不对称。

使用过的文献列表

  1. **Voldek A.I.**电机。 高等工程院校学生教材。 -第3版。，转载。 -L.：Energiya，1978。 -832页，生病了。
  2. **Vyoshenevsky S.N.**电动驱动器中电机的特性-第6版。，ispr。 -M.：能源，1977年。 -431页，生病了。