Universidad Distrital Francisco José de Caldas – Tutorial de Simulink para Maquinas –2013 – II

Resumen— Se desea mostrar en este informe un tutorial detallado de cómo utilizar Simulink, para la simulaciones de ejemplos con máquinas eléctricas y poder observar corrientes voltajes, potencias o mirar gráficas respecto al tiempo.

Palabras Claves— Simulink, simulación, Simpower multifunción, eficiencia.

I. INTRODUCCIONEn el desarrollo del documento se presenta una de las maneras adecuadas para utilizar Simulink en máquinas, haciendo uso del toolbox Simpower se dará paso a paso los pasos asegurar para realizar un proyecto con éxito.

II. OBJETIVO

Conocer sobre el simulador simulink y las herramientas que en el encontramos.

Graficar voltajes y corrientes respecto al tiempo.

Analizar un circuito de máquinas mediante el el toolbox SimPower.

III. MARCO TEÓRICO

Para la versión de MATLAB 7.10.0 (R2010a), el procedimiento para versiones distintas es similar.

Entramos al programa, ahí veremos una ventana llamada Command Window y ahí tenemos dos opciones para ingresar a simulink.

1. Escribir Simulink, dar enter y automaticamente muestra una ventana exterior donde estan las librerias de simulink (Simulink Library Browser) en donde los elementos estan clasificados por funciones como se muestra en la Imagen 1.

2. La otra opcion seria dar clic en el icono como se muesra en la Imagen 2.

Imagen 1. La primera opción.

Imagen 2. La segunda opción.

Ahora damos en la parte superior clic en la hoja o en la opción File damos New Model y después Ctrl+N, donde se abrirá una ventana nueva en blanco, en la que se desea trabajar. Ver Imagen 3.

Imagen 3. Ventana de trabajo.

A continuación se mostraran la librería SimPowerSystems, en donde encontramos máquinas y demás elementos que hagan parte de la simulación.

Tutorial de Simulink para Maquinas.Cancino G. Natalia 20092005058, Paiba C. Fernanda 20092005089, Mora Brayan 20101005092

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Imagen 4. Librería SimPowerSystems.

Tenemos elementos de medidas para el voltaje, la corriente y la potencia, y otros para ver esas medidas graficadas respecto al tiempo. Como a continuación se muestran:

Toma la medida en voltios de lo que se desee medir y su salida v, va al vizualizador para ver el valor y ver la gráfica del voltaje respeto al tiempo.

Imagen 4. Vatímetro.

Toma la medida en amperios de lo que se desee medir y su salida i, va al vizualizador para ver el valor y ver la gráfica de la corriente respeto al tiempo.

Imagen 5. Amperímetro.

Es donde se vizualisa el valor que se desea tomar y hace la grafica respecto al tiempo, se pueden vizualizar las medidas que desee, pero antes configurando en las propiedades de el.

Imagen 6. Visualizador.En la librería de simpowerSystems Machines se encuentran los diferentes motores que pueden ser simulados

Por ejemplo un motor Asíncrono

Imagen 6. Parámetros de un motor

El bloque Powergui es necesario para la simulación de cualquier modelo de Simulink que contiene bloques de SimPowerSystems. Con este bloque se selecciona el tipo de simulación a realizar ya sea fasorial, discreta o continua.

Fasorial es el encargado para el estudio de oscilaciones electromagnéticas, en el cual el modelo en variables de estado es reducido, y solo contiene los estados lentos de las máquinas, turbinas y reguladores.

Continuos de paso variable son muy útiles para resolver problemas con el modelo en variables de estado completo.

Imagen 7. Bloque Powergui

Como se observa en la imagen7 también se puede encontrar en la librería Machines un motor DC Siendo las terminales F+ F- las de campo y A+ A- las de armadura.TL es el torque aplicado.

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Como ejemplo se simulara una maquina DC como generador. Aplicándole a la maquina un voltaje de 50v, y asignándole una velocidad (W) de 2000 rpm. En el cual se observara el voltaje de armadura, velocidad, corriente de campo y voltaje de campo.

Imagen 8. Ejemplo maquina dc como generador.

Imagen 9. Parámetros de configuración de la maquina DC.

Imagen 10. Parámetros de la maquina DC.

Un motor DC con las mismas características de la máquina del anterior ejemplo, usándola como motor DC en paralelo, Sele conecta al bobinado de campo un voltaje DC de 220vCon un torque aplicado de 0.5 N.m

En la figura se muestra la gráfica de como la corriente de armadura al variar la velocidad del motor también se ve afectada a mayor corriente de campo, menor va a ser su velocidad.

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IV. EJERCICIOS PROPUESTOSSe propone realizar la simulación de los siguientes ejercicios resueltos para verificar los resultados obtenidos.

1. Un motor dc en derivación, de 50hp, 250v, 1200rpm, con devanados de compensación, tiene una resistencia del inducido (incluidas las escobillas, los devanados de compensación y los interpolos) de 0.06Ω. Su circuito de campo tiene una resistencia total Radj+Rf de 50Ω con lo cual produce una velocidad en vacio de 1200rpm. Hay 1200 vueltas por polo en el devanado de campo en derivación. (véase la imagen 11). Encuentre la velocidad de este motor cuando la corriente de entrada es 100A.[1]

Imagen 11. Motor en derivación del ejercicio 1.

Si IL=100A, entonces la corriente del inducido del motor es:

Ia=Il−If=Il−VTRf

Ia=100 A−250 v50Ω

=95 A

Entonces Ea para esta carga será

Ea=VT−Ia∗Ra

Ea=250 v−95 A∗0.06Ω=244.3 v

La velocidad resultante del motor es:

n2= Ea2Ea1

∗n1=244.3v250 v

∗1200 rpm=1173rpm

2. La imagen 12 muestra un motor dc en derivación, de 100hp, 250v, 1200rpm, resistencia del inducido de 0.03Ω y resistencia de campo de 41.67Ω. El motor tiene devanados de compensación, de modo que la reacción del inducido se puede ignorar. Las pérdidas mecánicas y las pérdidas en el núcleo se pueden despreciar para los efectos de este ejercicio. Se supone que el motor está manejando una carga con una corriente de línea de 126A y una velocidad inicial de 1103rpm. Para simplificar el ejercicio, suponga que la cantidad de corriente del inducido tomada por el motor permanece constante. Si la curva de magnetización de la máquina se muestra en la imagen 13. Cuál es la velocidad del motor si la resistencia del campo aumenta a 50Ω? [1]

Imagen 12. Motor en derivación del ejercicio 2.

Imagen 13. Curva de magnetización del motor del ejercicio 2.

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El motor tiene una corriente inicial de línea de 126ª, de modo que la corriente inicial del inducido es:

Ia1=Il1−If 1=126 A− 250 v41.67Ω

=120 A

Por lo tanto, el voltaje interno generado es

Ea=VT−Ia∗Ra

Ea=250 v−120 A∗0.03Ω=246.4 v

Después de que la resistencia de campo aumente. La corriente de campo es:

If 2=VTRf

=250 v50Ω

=5 A

Para If=5A, Ea1=250v, mientras que para If=6A, Ea2=268v, por consiguiente la relación de flujos está dada por:

ϕ1ϕ2

=268v250v

=1.076

Y la nueva velocidad del motor es:

n2=1.076∗1103rpm=1187rpm

Referencias

[1]. Máquinas eléctricas Stephen Chapman 3 Ed.[2].