Повна версія

Головна arrow Інформатика arrow Комп'ютерне моделювання систем електропривода в Simulink

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

НЕРЕВЕРСИВНИЙ БРУКІВЦІ ТРИФАЗНИЙ ТИРИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ

Схема моделі представлена на рис. 1.91, а сама модель в Simulink в файлі Figl_91.

Схема моделі трифазного тиристорного перетворювача з початковим кутом управління а  = 120 град. (Fig 191)

Мал. 1.91. Схема моделі трифазного тиристорного перетворювача з початковим кутом управління а 0 = 120 град. (Fig 191)

Схема включає трифазний джерело живлення, внутрішні параметри джерела живлення або реактора в разі живлення від мережі нескінченної потужності представлені RL-6 локом, випрямлення і регулювання вихідної напруги здійснюється трифазним тиристорним мостом Universal Bridge , навантаженням є активно-індуктивна ланцюг Series RLC Branch, управління тиристорним мостом фазоімпульсной і проводиться блоком Synchronized 6-Pulse Generator (СІФУ).

Початкове значення кута управління вибрано 120 град., При заданому навантаженні цього кутку відповідає нульове значення струму в навантаженні. Зі зменшенням індуктивності струм навантаження при ат = 120 град, буде зменшуватися до нульового рівня. Для виключення перешкод, що виникають в каналі керування тиристорним мостом при включенні в мережу, СІФУ

блокується на час 0,01 с шляхом подачі на цей час сигналу одиничного рівня на вхід Block. Робота СІФУ синхронізована з мережею живлення подачею лінійних напруг, позначених на входах СІФУ.

На екрані осцилоскопа Scope (див. Рис. 1.92) відображаються діаграми зміни лінійної напруги U AB , послідовності імпульсів керування тиристорним мостом Pulses , вихідної напруги на навантаженні U " і струму в навантаженні /". Для спостереження та реєстрації ( ScopeI ) зміни вихідного напруги і струму в середніх значеннях використаний блок Mean , який виділяє гладку складову вихідного параметра.

Результати моделювання роботи перетворювача з блокуванням протягом 0.01 с, з кутом управління а = 120 град, і з а- 20 град

Мал. 1.92. Результати моделювання роботи перетворювача з блокуванням протягом 0.01 с, з кутом управління а = 120 град, і з а- 20 град.

З діаграми видно, що струм при а = 120 град, практично дорівнює нульового значення. При подачі на вхід керуючого кута в а = 20 град, перетворювач відкривається і струм в навантаженні зростає відповідно до еквівалентної постійної.

Особливий інтерес представляє реакція тиристорного перетворювача на лінійно зростаючий керуючий сигнал від а = 120 град. доа = 0 град. Для цього використовуємо інтегратор з постійним вхідним сигналом 300 і з'єднаємо вихід його з входом перетворювача. Через 0,4 с вихідна напруга інтегратора дорівнюватиме 120 град., Що рівносильно зміні кута управління від від а = 120 град, до а = 0 град.

Реакцію тиристорного перетворювача на лінійно наростаючий сигнал управління простежимо за допомогою Scope 1.

На рис. 1.93 представлені результати моделювання. Нагадаємо, що вихідна напруга і струм навантаження усереднені до гладкої складової за допомогою блоку Mean. Якщо тиристорний перетворювач є безінерційним ланкою, вид кривої вихідної напруги UJt) відповідає статичній регулювальної характеристики U n = f (a ex ), аналітичний вираз якої U n = Ejtfcosfcty,), де кут управління перетворювачем «,. = 12 () - а вх . Таким чином, при максимальному значенні вхідного сигналу а вх = 120 град, кут управління перетворювачем Оу = 0 град, і вихідна напруга приймає максимальне значення.

Реакція вихідної напруги тиристорного перетворювача на лінійно наростаючий вхідний сигнал управління

Мал. 1.93. Реакція вихідної напруги тиристорного перетворювача на лінійно наростаючий вхідний сигнал управління

Тиристорний міст Universal Bridge являє трифазну мостову схему включення тиристорів, показану на рис. 1.94. Нумерація тиристорів представляє послідовність їх включення, що знайшло відображення при розведенні сигналів управління на кожен тиристор

(див. рис. 1.94). Дана схема міститься в файлі ( FigJ_94 ) і може бути використана при моделюванні, коли потрібно досліджувати ток і напруги (прямі і зворотні) кожного з тиристорів. Все сказане справедливо при прямому чергуванні фаз живлячої напруги А , В і С.

Тиристорний міст з об'єднаною шиною управління g (Fig 1 _94)

Мал. 1.94. Тиристорний міст з об'єднаною шиною управління g (Fig 1 _94)

На рис. 1.95 приведена схема моделі імпульсно-фазового керування тиристорним перетворювачем, розроблена Simulink. Схема лінійного типу, тобто кут управління знаходиться в прямій пропорційній залежності від напруги керування.

Тимчасова діаграма роботи СІФУ показана на рис. 1.96. Причому показана робота всіх шести каналів. Лінійно наростаючі (пилковидні) напруги, синхронізовані мережею живлення, виробляються інтегратором Integrator !. Ці напруги послідовно в часі порівнюються з напругою, пропорційним заданому розі управління. Як тільки напруги зрівняються (для кожного каналу свого часу), виробляється логічна одиниця на виході схеми порівняння Relational Operator 1.

Логічна одиниця формується на виході логічної схеми AND (Logical Operator2), яка встановлює нульовий рівень вихідної напруги відповідного інтегратора Integrator. В цей же час на виході логічної схеми AND ( Logical Operator) з'являється сигнал одиничного рівня, який використовується вже для керування тиристорним перетворювачем. Тривалість цього сигналу визначається величиною напруги, що подається на вхід Pwidth і відповідного 10-15 електричним градусам. В даній схемі реалізується вертикальний принцип формування кута управління.

про

4

Функціональна схема моделі системи імпульсно-фазового управління лінійного типу SIFUL

Мал. 1.95. Функціональна схема моделі системи імпульсно-фазового управління лінійного типу SIFUL

Тимчасова діаграма роботи СІФУЛ Для керування тиристорним мостом необхідно одночасно подавати сигнали управління на два тиристора

Мал. 1.96. Тимчасова діаграма роботи СІФУЛ Для керування тиристорним мостом необхідно одночасно подавати сигнали управління на два тиристора: перший - на тиристор катодного групи, другий - на відповідний тиристор анодної групи. Тільки за цієї умови в навантаженні буде протікати струм. Це завдання виконує логічна схема (див. Рис. 1.95), що складається з логічного елемента OR (Logical Operator 1) і селектора (Selector). На рис. 1.97 показані тимчасові положення сигналів управління тиристорами трифазного моста при вугіллі управління а = 30 градусів. На цій діаграмі показані фазні напруги мережі живлення і відповідні сигнали управління тиристорами, підключеними до цих фаз. Розведення керуючих сигналів gl ... g6 на рис. 1.94 проведена відповідно до діаграми, наведеної на рис. 1.97.

Так як на основі блоку Universal Bridge можуть бути реалізовані мостові і нульові схеми перетворювачів, то і система імпульснофазового управління (СІФУ) повинна враховувати цю специфіку. Для цього введений перемикач Double Pulsing , що виключає додавання другого імпульсу в канал управління тиристором в нульових схемах перетворювачів. Для цього в діалоговому вікні настройки СІФУ, показаному на рис. 1.98, необхідно прибрати кнопку в рядку Double Pulsing.

Істотним недоліком запропонованої Simulink схеми СІФУ Synchronized 6-Pulse Generator є одночасний запуск інтеграторів Integrator1 і Integrator2 в початковий момент часу і одночасне формування сигналу управління по декількох каналах (див. Тимчасову діаграму на рис. 1.99).

Тимчасове розташування імпульсів управління тиристорами

Мал. 1.97. Тимчасове розташування імпульсів управління тиристорами

Діалогове вікно настройки СІФУ

Мал. 1.98. Діалогове вікно настройки СІФУ

Аналіз показує, що в початковий момент включення схеми СІФУ формуються імпульси управління по всіх каналах одночасно. Ця обставина призводить до аварійного режиму роботи перетворювача.

Теоретично режим упорядкування моментів включення інтеграторів (процес синхронізації) триває один період напруги живлення 0,02 с. Практично, введення блокування формування імпульсів по входу Block па час 0,01 с, виключає аварійний режим.

На рис. 1.100 представлена схема моделі нереверсивного трифазного мостового тиристорного перетворювача з модернізованою СІФУ.

Тимчасова діаграма розташування імпульсів управління при заданому куті управління 30 градусів

Мал. 1.99. Тимчасова діаграма розташування імпульсів управління при заданому куті управління 30 градусів

Схема моделі нереверсивного трифазного мостового тиристорного перетворювача з модернізованою СІФУ (Figl lOO)

Мал. 1.100. Схема моделі нереверсивного трифазного мостового тиристорного перетворювача з модернізованою СІФУ (Figl lOO)

про

ос

Модернізована схема моделі системи імпульсно-фазового управління SIFU LM

Мал. 1.101. Модернізована схема моделі системи імпульсно-фазового управління SIFU LM

Пропонована схема повторює схему по рис. 1.91, за винятком моделі СІФУ у схема моделі якої перероблена і пропонується до застосування (рис. 1.101).

Тимчасова діаграма роботи окремих найбільш важливих елементів показана на рис. 1.102.

Запуск інтеграторів Integrator1 здійснюється імпульсами переходу синусоїдальних синхронізуючих напруг через нуль в позитивному напрямку шляхом запису одиниці в тригери Flip-Flop 1. Саме з цього моменту починається зростання напруги інтеграторів кожного з шести каналів. Даний факт наочно підтверджується другий діаграмою на рис. 1.102. Через 5/6 періоду напруги живлення через селектор тригери Flip-FlopI скидаються на нуль, зростання напруги на інтегратора припиняється. Однак ця обставина не вносить обмежень на формування імпульсних сигналів необхідної фази, так як обмеження інтеграторів настає в зоні кутів, які значно перевищують максимальний кут л.

Слід зазначити, що тригерами Flip-Flopl можна і не управляти по входу / ?, так як черговим сигналом з блоку Hit Grossing інтегратор увімкнеться знову.

В ре

Мал. 1.102. В ре

генна діаграма роботи SIFU LM

Робочий сигнал управління тиристором в цій схемі формується тригерами Flip-Flop2 , в які записуються одиниці по моменту рівності напруг інтегратора Integratorl і напруги, пропорційного заданому розі управління. Після запису одиниці в відповідний тригер Flip-Flop2 запускається інтегратор Integrator2, що задає тривалість керуючого сигналу на включення тиристора. Скидаються на нуль тригери Flip-Flop2 сигналами схем порівняння Relational Operator2. Зростання напруги інтеграторів обмежується. Однак черговим сигналом схеми порівняння Relational Operator 1 інтегратори Integrator перезапускати, а задає напругу забезпечують тригери Flip-Flop2 після запису одиниці.

Запуск перетворювача при напрузі керування +10 В

Мал. 1.103. Запуск перетворювача при напрузі керування +10 В

На рис. 1.103 представлені результати моделювання процесу включення перетворювача при мінімальному куті управління на актівноіндуктівную навантаження. Напруга управління перетворювачем +10 В.

Важливо відзначити, що затримка в управлінні обумовлена дискретністю управління перетворювачем і нс є наслідком блокування по входу Block.

Відомо, що синхронні імпульсно-фазові пристрої реалізуються за принципом вертикального управління з лінійним і косинусоидальной опорними напруженнями. СІФУ з лінійним опорною напругою були розглянуті вище. У складі бібліотеки SimPowerSystems СІФУ з косинусоидальной опорною напругою немає. Проведемо розробку цього питання і розглянемо один з можливих способів реалізації такого типу СІФУ (СІФУ А).

На рис. 1.104 представлена схема моделі тиристорного перетворювача з косинусоидальной опорною напругою. Синхронизирующие і опорні напруги виробляються за допомогою додаткового трифазного джерела з амплітудним напругою 10 В (наприклад, вторинна обмотка силового трансформатора).

Нереверсивний тиристорний перетворювач з СІФУ косинусоїдального типу SIFU A (Figl_104)

Мал. 1.104. Нереверсивний тиристорний перетворювач з СІФУ косинусоїдального типу SIFU A (Figl_104)

Основні параметри S1FU / 1 вводяться через діалогове вікно (рис. 1.105), що відкривається подвійним клацанням правої кнопки миші по зображенню блоку SIFU А.

Ш

Через вікно вводиться частота синхронізуючого напруги, тривалість імпульсів управління і початковий кут управління перетворювачем в градусах. Для управління мостовим тиристорним перетворювачем необхідно кнопку Double pulsing включити.

Вікно введення параметрів

Мал. 1.105. Вікно введення параметрів

На рис. 1.106 показана схема моделі розробленої системи імпульсно-фазового управління з косинусоидальной опорною напругою SIFU А.

Простежимо процес формування імпульсного сигналу тільки по першому каналу на тимчасовій діаграмі (рис. 1.107).

Синхронизирующие і одночасно опорні напруги з виходу мультиплексорной шини надходять на схеми порівняння Relational Operator з напругою управління Uy і на схему виділення негативного перепаду опорного напруги (Derivative з підсилювачем, інвертуючим знак похідної). Після виконання рівності опорного напруги керуючому на виході схеми порівняння Relational Operator формується логічний сигнал одиничного рівня і подається на другий вхід логічного схеми AND. В цей же інтервал часу формується логічний сигнал одиничного рівня, який підтверджує, що порівняння сталося на ділянці негативного перепаду опорного напруги. Цей логічний сигнал подасться на четвертий вхід схеми AND. За позитивного перепаду сигналу на виході схеми порівняння Relational Operator скидається на нуль інтегратор Integrator! і записується одиниця в тригер Flip-Flop по входу S.

Схема моделі системи імпульсно-фазового управління з косинусоидальной опорною напругою SIFU А

Мал. 1.106. Схема моделі системи імпульсно-фазового управління з косинусоидальной опорною напругою SIFU А

?

Тимчасова діаграма формування сигналу управління по першому каналу

Мал. 1.107. Тимчасова діаграма формування сигналу управління по першому каналу

'VI

Схема підключення осцилографа для побудови тимчасової діаграми роботи першого каналу SIFU Л

Мал. 1.108. Схема підключення осцилографа для побудови тимчасової діаграми роботи першого каналу SIFU Л

На вхід інтегратора надходить задає напругу і починається процес формування заданої тривалості pwidth імпульсу управління включенням тиристора. По досягненню поточного значення вихідної напруги інтегратора рівного напрузі, заданого pwidth , сигналом з виходу Relational Operator1 по входу R тригер Flip- Flop повертається в нульовий стан. Вихід тригера Flip-Flop комутує перший вхід логічного схеми AND і по суті визначає появу вихідного сигналу СІФУ за відповідним каналу, фаза якого (кут управління) визначається напругою управління і уставкой початкового кута. Схема підключення осцилографа показана на рис. 1.108.

Струм і напруга тиристорного перетворювача при лінійно наростаючому напрузі управління (щ, = 90 град)

Мал. 1.109. Струм і напруга тиристорного перетворювача при лінійно наростаючому напрузі управління (щ, = 90 град)

На рис. 1.109 показані результати моделювання роботи тиристорного перетворювача, керованого СІФУ з косинусоидальной опорною напругою при подачі на вхід лінійно наростаючої напруги управління.

Аналіз отриманого результату моделювання дозволяє стверджувати, що коефіцієнт посилення тиристорного перетворювача при розглянутому способі управління є постійною величиною.

 
<<   ЗМІСТ   >>