Повна версія

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

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МОДЕЛЮВАННЯ ВТОРИННОГО ДЖЕРЕЛА ЖИВЛЕННЯ - МЕРЕЖЕВОГО ІНВЕРТОРА

Постановка задачі

На рис. 5.46 показана схема моделі Fig5_46, що відрізняється від вищерозглянутих моделей відсутністю ланцюга гасіння напруги на конденсаторі фільтра. Крім того, навантаження на двигуні задана активної (управління навантаженням виконано по другому - нижньому входу мультиплексора, підключеного до входу Тт двигуна).

На рис. 5.47 представлені тимчасові діаграми зміни обраних виходів схеми моделі: лінійна напруга на двигуні Vab (V), трифазний струм статора двигуна Is (ABC) (А), частота обертання ротора (Win) (1 / s), електромагнітний момент двигуна Ті (N * m), напруга живлення інвертора U invcrtor (UCl) - напруга на конденсаторі фільтра в В.

Електропривод змінного струму потужністю 7,5 кВт з векторним керуванням - ланцюг управління гальмівним резистором перервана (Fig5_46)

Мал. 5.46. Електропривод змінного струму потужністю 7,5 кВт з векторним керуванням - ланцюг управління гальмівним резистором перервана (Fig5_46)

Особливу увагу необхідно звернути на п'яту діаграму. Напруга на конденсаторі не завжди і, в залежності від вступників на привід збурень, може досягати нс допустимих значень для інвертора (перетворювача частоти). Формально, завдання на частоту обертання відпрацьовано без збою, але підвищена напруга на вході інвертора призведе до виходу його з ладу.

Висновок: необхідно замість некерованого випрямляча використовувати мережевий інвертор, здатний працювати в двох режимах - забезпечувати енергією навантаження, коли напруга на конденсаторі не перевищує випрямленої значення, тобто виконувати роль випрямляча; і забезпечити перетворення і повернення надлишкової енергії в мережу, тобто працювати в режимі інвертора. Для реалізації двосторонньої енергетичної зв'язку використовується мережевий інвертор.

На рис. 5.48 представлена система «мережу - вторинне джерело живлення - силовий напівпровідниковий перетворювач - електрична машина». Автор джерела [9] назвав цю схему розрахункової.

Первинний джерело живлення представлений трьох фазної промислової мережею з результуючим просторовим вектором напруги U /. У загальному випадку на шинах мережевого джерела діє трифазна система напруг, яка може бути представлена просторовим вектором

(див. пункт 1.2.1 цього посібника), наприклад, в показовою формі як Ui = U m е ~ М * / 2 ~ ОЯ) = і т е * (ОЯ ~ я / 2) . Це вказує на виникнення постійної по амплітуді 1) п , просторової хвилі напруги, що обертається в позитивному напрямку з частотою зі. Початкове положення просторового вектора при / = 0 відповідає розі (-я / 2), що дозволяє отримати його проекції при обертанні на осі А, В , С, що змінюються відповідно до формулами (1.10). На рис. 5.49 представлений вектор U / в обертається системі координат х, у. Осі А, В, С не рухливі.

Діаграми роботи приводу з активним навантаженням без гальмівного резистора

Мал. 5.47. Діаграми роботи приводу з активним навантаженням без гальмівного резистора

Система «мережу - вторинне джерело живлення - силовий напівпровідниковий перетворювач - електрична машина»

Мал. 5.48. Система «мережу - вторинне джерело живлення - силовий напівпровідниковий перетворювач - електрична машина»

Результуючий просторовий вектор напруги U /

Мал. 5.49. Результуючий просторовий вектор напруги U /

Мережевий інвертор представляється трьохфазним автономним інвертором напруги, що працює в струмовому режимі. Такі інвертори використовуються при частотнотоковом управлінні частотою обертання асинхронних двигунів. Вихід мережевого інвертора по постійному струму спільно з конденсатором фільтра З утворюють вторинне джерело живлення. Основне завдання мережевого інвертора забезпечити задане значення напруги на конденсаторі фільтра Ud 9 яке використовується для живлення імпульсних силових перетворювачів ШИП або АІН при регулюванні частоти обертання двигунів постійного і змінного струму. Крім того, сам інвертор представлений перетворювачем, який по відношенню до мережі змінного струму генерує просторових ствснний вектор ЕРС Ао /. Це другий вихід мережевого інвертора по змінному струмі. Перша гармоніка цієї ЕРС дорівнює [9]:

де - коефіцієнт модуляції, - фаза напруги модуляції по відношенню до напруги мережі.

Рівняння, що складається за другим законом Кірхгофа, для схеми на рис. 5.48, має вигляд:

де Е 0 /, U { , 1 / - просторові вектори ЕРС на виході мережевого інвертора, напруги і струму мережі.

По відношенню до мережі змінного струму інвертор може працювати і як генератор активної потужності (інвертор), і як споживач активної потужності (активний випрямляч). При цьому активна потужність в мережі визначається рівнянням [9]:

Р] = - ((ifijU / E 0I ) / 2х,) sinm = - ((m, U I fj, U d ) / 2х,) situp lm , (5.3)

де Xj = 2rfjLj, Lj - індуктивність на вході - виході інвертора, т, - число фаз.

З рівняння (5.3) випливає, що при (р, лю <) > 0 інвертор виробляє в мережу активну потужність. При ] люд <0 інвертор споживає з мережі активну потужність. 11ри <p 1 ЛЮ д = 0 вся система працює в режимі холостого ходу.

Реакгівная потужність, споживана інвертором, визначається рівнянням [9]:

Залежно від знака в дужках (5.4) інвертор може споживати реактивну (індуктивну) або реактивну (емкостную) потужність, виконуючи роль компенсатора.

На векгорних діаграмах в якості базового вектора прийнятий результуючий вектор напруги мережі U | = 2/3 (u A + au B + a 2 u c ), спрямований по осі у. Якщо фазні напруги змінюються відповідно до формулами (1.10), то просторовий вектор напруги UI = U т e ~ J (рр / 2 - "х> = і т e j (wx / 2> oje-paej від 0 сі у на кут л / 2 . Можна, або ввести в модель мережевого джерела кут зсуву напруг всіх фаз на кут до , або зрушити вектор обертається системи координат на кут я . на наш погляд другий метод практично здійснити простіше.

Зробимо перевірку висловлених пропозицій в Simulink. Для цього розробимо прилад для фіксації годографа просторового векгора трифазної системи напруг і досліджуємо джерело напруги.

На рис. 5.50 представлена схема фіксації годографа просторового вектора напруги.

Кут повороту формується на інтеграторі. На рис. 5.50, а показаний годограф джерела без зміщення. Вектор просторового стану напруги зрушать щодо позитивного напрямку осі у на кут . Введемо корекцію кута повороту обертової системи координат. У блок Constant запишемо pi.

Схема моделі фіксації годографа просторового вектора напруги (Fig5_50)

Мал. 5.50. Схема моделі фіксації годографа просторового вектора напруги (Fig5_50)

На основі моделювання отримаємо діаграму рис. 5.51,6. Просторовий вектор повернувся на кут я. Насправді повернути вектор напруги промислової мережі досить важко. За допомогою обертової системи координат обраний такий момент часу, який прийнятий за нульовий (вихідний), коли просторовий вектор напруги повернувся на необхідний кут і збігся з позитивним напрямком осі у.

Силовий перетворювач разом з електричною машиною приведений до ланки постійного струму і замінений пасивної R, L навантаженням і керованим джерелом ЕРС Е (рис. 5.48). Така заміна справедлива і для систем постійного струму з ШИП, і для систем змінного струму з АІН [9J.

Проведені дослідження і міркування дозволяють зробити наступні висновки:

  • - для регулювання активної і реактивної потужності необхідно організувати векторне управління мережевим інвертором з негативним зворотним зв'язком по струму в синхронно обертається системі координат ( х, у ), пов'язаної з просторовим вектором
  • а) б)

напруги мережі. Цей зв'язок виражається в орієнтації просторового вектора по позитивному напрямку осіу /

Годограф просторового вектора напруги без зміщення а) і з орієнтацією по осі у б)

Мал. 5.51. Годограф просторового вектора напруги без зміщення а) і з орієнтацією по осі у б)

  • - проекція струму вектора / у на вісь у - 1 визначить активну потужність мережі, а проекція / ^ - реактивну;
  • - напрямок струму проекції / / у визначає режим роботи мережевого інвертора. При позитивному - активний випрямляч, активна енергія мережі спрямована до навантаження. При від'ємному значенні проекції струму на вісь у - режим інвертора, запасена енергія навантаження повертається в мережу;
  • - напрямок струму проекції 1 визначає характер споживаної мережевим інвертором з мережі реактивної енергії. При позитивному напрямку проекції 7 /. v мережевий інвертор споживає з мережі індуктивну реактивну енергію, при негативному - ємнісні реактивну енергію;
  • - при нульовому значенні проекції / / х мережевий інвертор не споживає реактивної навантаження і забезпечується передача активної енергії в будь-якому напрямку з коефіцієнтом потужності, що дорівнює одиниці. Для цього, при векторному керуванні струмом мережевого інвертора, ток по осі х (1х) задається нульового рівня;
  • - для стабілізації напруги в ланці постійного струму мережевого інвертора контур регулювання струму по осі у визначається, як підлеглий контуру стабілізації напруги Ud. Зовнішній контур повинен містити ПІ або ПІД - регулятор.

При роботі мережевого інвертора з коефіцієнтом потужності одиничного значення (Ij x = 0) векторні діаграми двох режимів роботи - активного випрямляча і інвертора мають вигляд, показаний на рис. 5.52.

Векторні діаграми системи «мережевий інвертор мережу»

Мал. 5.52. Векторні діаграми системи «мережевий інвертор мережу»: а) - активний випрямляч: 6) - інвертор

Аналіз діаграм показує, що при управлінні з одиничним значенням коефіцієнта потужності кінець просторового вектора ~ Е 01 ковзає по прямій, що проходить через кінець вектора U f паралельно осі х. Індуктивність L, виконує дві функції: перше, виконує роль елемента розв'язки між мережею та трифазним виходом мережевого інвертора; Друге, індуктивність необхідна для створення умов формування безперервного вихідного струму I, і зниження пульсацій його.

 
<<   ЗМІСТ   >>