Моделирование тягового привода в MATLAB Simulink. Учебно-методическое пособие

чальные значения?

– По каким критериям можно сравнить разные способы регулирования двигателя?

Задания к работе

Задание 1. Реализовать двухзонное регулирование привода в режиме тяги: в зоне низких скоростей – с постоянным отношением напряжения к частоте, в зоне высоких скоростей

–с увеличением напряжения, обеспечивающее разгон троллейбуса с пусковым ускорением 1…2 м/с2 и максимальной скоростью не менее 60 км/ч.

Получить зависимости от времени следующих величин:

–Напряжения и частоты тока статора;

–Скорости движения;

–Ускорения;

–Тока;

–Скольжения;

–Мощности на валу двигателя и потребляемой из сети (в общей системе координат);

–Потребленной из сети энергии;

–КПД;

–а также зависимость U(f).

Обратите внимание на переходные процессы при пуске двигателя.

Задание 2. Исследовать влияние на работу привода при изменении в системе управления:

–Отношения U/f;

–Начальных значений напряжения и частоты, наличия постоянной составляющей (например, закон регулирования U(f) = a∙f + b ).

Задание 3*. Реализовать систему управления двигателем в режиме торможения, задав начальную скорость 40 км/ч.

41

Требования к отчету и защите

Вотчете должны быть представлены:

–Скриншот созданной системы управления;

–Полученные графики;

–Выводы по выполненной работе (сравнение различных режимов работы привода).

На защите требуется объяснить происходящее с приводом: указать зоны регулирования на графиках, объяснить характер полученных в задании 1 зависимостей, пояснить сделанные выводы.

Будьте готовы:

–Объяснить работу модели;

–Сравнить исследованные режимы, указать среди них наилучший режим разгона;

–Объяснить, как осуществить пуск двигателя с другим ускорением;

–Указать пределы, в которых можно изменять отношение

U/f.

Варианты исходных данных

42

Лабораторная работа № 3 М О Д Е Л И Р О В А Н И Е И Н В Е Р Т О Р А

Постановка задачи

Построить модели однофазного и трехфазного инверторов, работающих на активную нагрузку.

Описание модели

Схема силовых цепей однофазного инвертора показана на рисунке. На схеме источник постоянного напряжения U через идеальный ключ К питает активную нагрузку, состоящую из двух резисторов: RН1, получающего питание напрямую, и RН2, расположенный за Г-образным фильтром.

На управляющий вход ключа К подается сигнал с переменным коэффициентом заполнения. Требуется построить систему управления, формирующую управляющий сигнал на основе сигналов опорного и задающего источников. Система управления должна обеспечивать формирование на резисторе RН2 напряжения указанной в задании формы.

При сборке силовых цепей необходимо рассчитать параметры фильтра. Задача фильтра – сглаживать колебания напряжения, вызванные работой ключа. Ключ открывается и закрывается с частотой опорного напряжения fО. Значит, элементы фильтра должны запасать энергию, необходимую для питания нагрузки в течение закрытого состояния ключа.

43

Энергия, потребляемая нагрузкой за период

E P T U 2 kЗ , RН fО

где kЗ – коэффициент заполнения, то есть доля периода, в течение которой ключ открыт. Он меняется при работе схемы, наибольшие пульсации происходят при kЗ = 0,5.

Приближенно величину фильтрового конденсатора можно найти, приравняв запасаемую им энергию к энергии, потребляемой на нагрузке:

СФ U / 2 2 E .

Для трехфазного инвертора ставится та же задача, что и для однофазного. Схема силовых цепей трехфазного мостового инвертора (без управляющих входов и измерительных приборов) показана на следующем рисунке.

44

Подготовка к выполнению работы

Для выполнения лабораторной работы необходимо ознакомиться со следующими разделами теоретических сведений:

1.3. Элементы группы SimPowerSystems;

1.4.5. Моделирование электрической цепи.

Повторите описанные в лекциях принципы формирования управляющего сигнала инвертора.

Будьте готовы ответить на вопросы:

–В каких пределах может изменяться напряжение на выходе однофазного инвертора? Трехфазного инвертора?

–Какой тип модуляции реализуется в моделируемых схемах?

–Что такое задающее и опорное напряжения?

–В чем отличие схем выпрямителя и инвертора?

–Из каких соображений выбираются параметры фильтра?

Задания к работе

Задание 1. Построить модель однофазного инвертора и системы управления ключом. С помощью собранной модели получить на резисторе RН2:

а) синусоидальное напряжение со сдвигом U/2;

б) половину периода синусоидального напряжения.

Задание 2. Построить модель трёхфазного инвертора и системы управления ключами. Получить систему синусоидальных напряжений на нагрузке.

45

Требования к отчету и защите

В отчете должны быть представлены:

–Скриншот составленной модели;

–Зависимости от времени:

•Сигналов генератора и сигнала на ключе в одном масштабе времени;

•Напряжений нагрузки до и после фильтра в общей системе координат;

•Токов нагрузки до и после фильтра в общей системе координат.

При защите требуется описать принцип действия схемы и формирования управляющего сигнала.

Возможные вопросы:

–Почему в цепи необходим фильтр?

–Что нужно изменить в модели, чтобы получить на нагрузке вместо синусоидального напряжения прямоугольное?

–Что нужно изменить, чтобы увеличить напряжение на нагрузке?

–На что влияет отношение частот задающего и опорного сигналов? Какими могут быть эти частоты?

Варианты исходных данных

46

ОС Н О В Н Ы Е А Н Г Л О Я З Ы Ч Н Ы Е Т Е Р М И Н Ы

AC – переменный ток

Branch – ветвь электрической цепи

Capacity, capacitance – емкость

Compare – сравнение

Current – ток

DC – постоянный ток Delay – задержка

Frequency – частота

Inductance – индуктивность Infinity, сокр. inf – бесконечность Initial – начальный

Internal – внутренний Label – подпись

Measurement – измерение, измерительный

Preferences – настройки

Range – диапазон Resistance – сопротивление

Slope – наклон (скорость изменения функции) Source – источник

State – состояние Step – ступень, шаг

Torque – момент

Value – значение

Velocity – скорость

Voltage – напряжение

47

Штанг Александр Александрович Мятеж Александр Владимирович Ярославцев Михаил Викторович

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЯГОВОГО ПРИВОДА В MATLAB SIMULINK

Учебно-методическое пособие

В авторской редакции

Дизайн обложки А.В. Ладыжская

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)

Подписано в печать 22.01.2016. Формат 60 × 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз. Уч.-изд. л. 2,79. Печ. л. 3,0. Изд. № 25. Заказ № 204. Цена договорная

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета

630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

48