Повна версія

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

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ТРАНЗИСТОРНІ ЕЛЕКТРОПРИВОДИ

На рис. 2.17 приведена схема моделі транзисторного електроприводу постійного струму. Електропривод реверсивний, так як реалізація нереверсивного нічим нс відрізняється від реалізації реверсивного. В якості регульованого і реверсивного джерела живлення двигуна використаний транзисторний широтно-імпульсний перетворювач Universal Bridge , який отримує живлення від некерованого випрямляча Universal Bridge 1 і керований блоком Discrete PWM Generator.

Схема моделі транзисторного електроприводу (Fig2_l 7)

Мал. 2.1 7. Схема моделі транзисторного електроприводу (Fig2_l 7)

Нагадаємо, що двигун постійного струму DC Machine був модернізований і здатний працювати з реактивним, активним і змішаним моментом навантаження і входить до складу бібліотеки SimPowerSystems. Якщо двигун з постійними магнітами, то необхідно ввести коефіцієнт L (l / = С = К Е Ф = КЦ Ф і при включенні двигуна в мережу магнітний потік без перехідного режиму буде номінального значення.

На рис. 2.17 показана розроблена схема моделі транзисторного електроприводу за структурою 3 [7] (двоконтурна з підлеглим регулюванням параметрів). Зовнішнім контуром є контур зворотного зв'язку за швидкістю. Ставить сигнал швидкості Uz через фільтр Transfer Fen надходить на суматор Sum3, порівнюється з сигналом зворотного зв'язку по частоті обертання, і різниця надходить на вхід / 7 // - регулятора швидкості PI Controller 1. Вихідний сигнал регулятора швидкості через блок обмеження Saturation Dynamic задає струм двигуна . Максимальне значення ± 10 В, що задається в блоці PI Controller 7, відповідає граничному значенню струму двигуна. Додаткове зменшення максимального вихідного напруги регулятора швидкості здійснює контур залежного струмообмеження PreLookup, Interpolation (nD).

Вікна налаштувань блоків PreLookup, Interpolation (nD)

Мал. 2.18. Вікна налаштувань блоків PreLookup, Interpolation (nD)

Для реалізації контуру необхідно мати додаткову інформацію по використовуваному двигуну, що б побудувати залежність граничного (пускового) значення струму від частоти обертання. Отриманий графік апроксимується лінійно ламати відрізками і координати точок перегину вводяться в вікна налаштувань блоків Pre Lookup, Interpolation (nD), показані на рис. 2.18.

У блок PreLookup вносяться частоти обертання точок перегину, а в блок Interpolation (nD) - максимальні вихідні напруги регулятора швидкості, які будуть відтворені блоком обмеження Saturation Dynamic. Пропонований контур залежного струмообмеження працездатний в реверсивному електроприводі.

Суматор Sum2 виробляє сигнал різниці між задає і дійсним значенням струму двигуна, який подається на вхід регулятора струму PI Controlled. Регулятор струму PI Controlled , транзисторний перетворювач Universal Bridge з керуванням (Discrete PWM Generator) і двигун DC Machine 112 М утворюють підлеглий (внутрішній) контур. Блок одиничної затримки Unit Delay У, введений в підлеглий контур, забезпечує стійкий процес моделювання в Simulink.

На рис. 2.19 відображені введені параметри в блоки Discrete PWM Generator і Universal Bridge. Дані блоки задовільно працюють при постійному кроці моделювання, який заданий в Зе-6 с.

Вікна введення параметрів блоків Discrete PWM Generator і Universal Bridge

Мал. 2.19. Вікна введення параметрів блоків Discrete PWM Generator і Universal Bridge

На рис. 2.20 показані вікна введення і числові значення двигуна постійного струму з постійними магнітами. Для даного двигуна фіктивне напруга живлення обмотки збудження довільно вибрано рівним 30 В і фіктивне активний опір 30 Ом. При цих умовах коефіцієнт взаємної індукції між полем збудження і обмоткою якоря Laf дорівнює постійної двигуна С.

Вікна введення параметрів двигуна постійного струму

Мал. 2.20. Вікна введення параметрів двигуна постійного струму

Вікна введення параметрів ПІ-регуляторів швидкості та струму

Мал. 2.21. Вікна введення параметрів ПІ-регуляторів швидкості та струму

На рис. 2.21 наведені вікна введення параметрів ЯЯ-регуляторів. Слід зазначити, що розрахований час інтегрування регулятора вводиться у вигляді інтегрального коефіцієнта посилення I = 1 / Т.

На рис. 2.22 показані значення введених коефіцієнтів зворотного зв'язку по швидкості і струму двигуна.

Коефіцієнт зворотного зв'язку по швидкості До з = 10/210 трактується як: 10В- максимальне задає напругу по швидкості, 210 1 / с - максимальна швидкість двигуна. Коефіцієнт зворотного зв'язку по струму Km = 10/200, де 200 А - максимальний струм двигуна, 10 В - максимальна вихідна напруга регулятора швидкості діє на вході завдання регулятора струму.

Вікна введення коефіцієнтів зворотного зв'язку по швидкості і струму

Мал. 2.22. Вікна введення коефіцієнтів зворотного зв'язку по швидкості і струму

На рис. 2.23 показані дані, що вводяться для завдання за швидкістю. На інтервалі часу 0-0,4 з діє завдання +0,01 В, на інтервалі 0,4-0,8 с діє завдання мінус 0,01 В.

Вікна введення задає напруги по швидкості

Мал. 2.23. Вікна введення задає напруги по швидкості

Вікна введення параметрів трифазного напруги

Мал. 2.24. Вікна введення параметрів трифазного напруги

На рис. 2.24 зображені введені параметри трифазного напруги випрямляча, використовуваного для харчування широтно-імпульсного транзисторного перетворювача. Слід мати на увазі, що напруга вводиться в амплитудном значенні.

На рис. 2.25 показані результати моделювання відпрацювання мінімального завдання ± 0,01 В при постійній реактивної навантаженні номінального знамення 18,5 Нм.

Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17

Мал. 2.25. Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17,

при заданому напрузі ± 0,01 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Привід відпрацьовує частоту обертання ± 0,21 1 / с. Напрямок струму двигуна визначається знаком швидкості, що справедливо при реактивному характері навантаження. Затримки при пуску і реверсі обумовлені інерційністю //// - регуляторів і реактивним характером навантаження. При активному моменті навантаження характер перехідного процесу при аналогічному управлінні буде принципово іншим. Пропонуємо читачеві переконатися в цьому самостійно, переключивши завдання навантаження з входу TR на вхід ТА (на нижній вхід мультиплексора).

На рис. 2.26 зображені результати моделювання процесів пуску і реверсування транзисторного приводу на максимальну частоту обертання 210 1 / с.

Характерною особливістю цих процесів (пуску і реверсу) є залежність пускового струму від величини частоти обертання, обумовлена дією контуру залежного струмообмеження. У зв'язку з цим процес пуску протікає мляво, але забезпечується нормальна робота двигуна з допустимим іскрінням. Найбільш ефективно двигун використовується на частотах обертання нс перевищують 50 1 / с. На рис. 2.27 показана робота джерела живлення з урахуванням схеми обмеження напруги джерела.

Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 10 В і реактивної навантаженні 9 Нм

Мал. 2.26. Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 10 В і реактивної навантаженні 9 Нм

З наведених діаграм слід:

  • - напруга джерела живлення значно нс перевищує встановленої межі в 190 В;
  • - миттєве значення струму джерела живлення менше струму двигуна, що обумовлено включенням ємності па вихід випрямляча. На третій діаграмі рис. 2.27 показаний сигнал управління Ug

транзистором, блокуючим вихід випрямляча при підвищенні напруги на ньому. З діаграми випливає, що частота управління досить висока. Для зниження частоти роботи блокуючого транзистора слід використовувати в каналі управління релейний елемент з максимальною гистерезисом, що виконано у файлі Fig2_17_l , схема якого в даній роботі не відображено. При необхідності слід звернутися до електронного змістом керівництва і запустити вказаний файл в Matlab ( Simulink ).

Результати моделювання роботи джерела живлення і схеми управління резистором, що обмежує підвищення напруги джерела

Мал. 2.27. Результати моделювання роботи джерела живлення і схеми управління резистором, що обмежує підвищення напруги джерела

На рис. 2.28 наводяться діаграми, що повторюють рис. 2.26, але з додаванням картини напруги на двигуні. З діаграми видно, що миттєві значення напруги на двигуні не перевищують 210 В і що частота комутації широтно-імпульсного перетворювача становить 1200 Гц.

На рис. 2.29 зображені діаграми пуску і реверсу двигуна на частоту обертання 52,5 1 / с.

Зазначена частота обертання для даного двигуна вибирається в якості робочої. З діаграми випливає, що граничне значення пускового струму незначно відрізняється від максимального значення 200 А. Ця обставина, визначає хороші динамічні властивості приводу. Наприклад, реверсування з номінальною реактивним навантаженням становить час близько 0,1 с.

Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 10 В і реактивної навантаженні 9 Нм

Мал. 2.28. Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 10 В і реактивної навантаженні 9 Нм

Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2.5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Мал. 2.29. Результати моделювання за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2.5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Результати моделювання але схемою, наведеної на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2,5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Мал. 2.30. Результати моделювання але схемою, наведеної на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2,5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

На рис. 2.30 додана осциллограмма миттєвих значень імпульсної напруги на двигуні. Миттєві значення не перевищують 200 В. Частота обертання і струм двигуна (момент) мають значно меншу пульсацію при заданих значеннях наведеного до валу двигуна моменту інерції і сумарною індуктивності ланцюга обмотки якоря.

На рис. 2.31 зображені тимчасові діаграми миттєвих значень напруги харчування широтно-імпульсного перетворювача, струму випрямляча і сигналу управління блокувальним транзистором ( «гальмівним» резистором). Аналіз діаграм показує, що миттєві напруги джерела живлення ШИП не перевищують 200 В, струм джерела нс достігаст200 А і блокувальний транзистор інтенсивно включений в момент скидання навантаження (див. Момент часу 0,35-0,4 с). У цей час частина енергії, запасеної в електроприводі, гаситься на резисторі Series RLC ВгапсІЗ (перекладається в тепло). Це положення, природно, характеризує негативні риси роботи такого приводу.

У зв'язку з цим (з втратами) досліджуємо поведінку приводу при роботі на активне навантаження. Використовуємо завдання, наведене на рис. 2.29-2.31. і для моделювання використовуємо модель, представлену файлом Fig2_17_J. Результати моделювання представлені на рис. 2.32 і 2.33.

Результати моделювання джерела живлення за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2,5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Мал. 2.31. Результати моделювання джерела живлення за схемою, приведеною на рис. 2.17, при заданому напрузі ± 2,5 В і реактивної навантаженні 18,5 Нм

Результати моделювання моделі, наведеної в файлі Pig2_l 7_1, при заданому напрузі ± 2,5 В і активному навантаженні + 18,5 Нм

Мал. 2.32. Результати моделювання моделі, наведеної в файлі Pig2_l 7_1, при заданому напрузі ± 2,5 В і активному навантаженні + 18,5 Нм

Для пояснення результатів використовуємо класичний прийом: привід працює на лебідку, піднімаючи і опускаючи вантаж. Позитивний знак активного моменту навантаження відповідає підйому вантажу при позитивній частоті обертання двигуна.

Після пуску на підйом через час, приблизно 0,07 с, настає сталий режим підйому вантажу, в перебігу якого ШИП споживає струм від джерела живлення (рис. 2.33).

Результати моделювання джерела живлення, наведеного в файлі Pig2_17_l, при заданому напрузі приводу ± 2,5 В і активному навантаженні + 18.5 Нм

Мал. 2.33. Результати моделювання джерела живлення, наведеного в файлі Pig2_17_l, при заданому напрузі приводу ± 2,5 В і активному навантаженні + 18.5 Нм

В інтервалі часу 0,15-0,25 з привід реверсують. Відзначимо, що інтенсивність гальмування і розгону на негативну частоту обертання залишається приблизно однаковою (рис. 2.32), підтверджуючи факт роботи приводу на активний момент опору. При роботі на реактивний момент опору інтенсивності гальмування і пуску різні, що підтверджують результати, показані на рис. 2.30.

При виході приводу на сталий режим спуску вантажу двигун переходить на роботу в генераторний режим. Струм і момент двигуна не змінили знак (порівняти результати на рис. 2.30 і 2.32). Двигун, працюючи генератором, починає повертати енергію в джерело. В силу вентильних властивостей джерела, джерело нс здатний приймати енергію (пропускати струм іншого знака і віддавати його в мережу). Доводиться цю енергію гасити на резисторі, перетворюючи в тепло. На рис. 2.33 видно, що резистор постійно періодично підключається до виходу джерела, виключаючи підвищення напруги.

Що станеться при подачі активного негативного моменту опору? Надаємо можливість читачеві самостійно досліджувати це питання.

 
<<   ЗМІСТ   >>