Терехин. Учебное пособие
.pdf
вательности u1, u2, u3, u4, u5, u6, принятой для управления силовыми клю чами блока Universal Bridge. На нижней диаграмме показано напряже ние фазы А и токи фаз A, B, C.
mIndex
12:34 |
-K- |
|
|
u1, u3, u5 |
|
|
|
||
t |
|
|
|
u2, u4, u6 |
|
|
|
|
|
Phase |
pi/180 |
sin |
|
[UaIaIbIc] |
|
From |
|||
|
|
>= |
|
|
|
|
boolean |
Scope |
|
|
|
|
|
UU(E) |
Internal_Phase |
|
|
NOT |
|
|
|
Select1A |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
double |
|
|
Internal |
|
|
|
|
|
|
1 |
Signal(s) |
|
Triangle |
|
Pulses |
Рис. 1.150. Схема модели блока Discrete PWM Generator
Uy , Utriang
1 |
0.5 |
0 |
-0 .5 |
-1 |
u1 , u3 , u5 |
1 |
0.5 |
0 |
u2 , u4 , u6 |
1 |
0.5 |
0 |
Ua, Ia , Ib , Ic
100
50
0 - 50 -100
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
-3 x 10
Рис. 1.151. Временная диаграмма работы трёхфазного инвертора
На рис. 1.152 также показан процесс формирования напряжения фазы А и токов фаз, но моделируется больший интервал времени.
141
Рис. 1.152. Моделирование работы трёхфазного инвертора напряжения |
1.7.2. Замкнутый способ реализации ШИМ (токовый коридор)
При построении электропривода переменного тока часто использу ется замкнутый способ реализации ШИМ. Этот способ иллюстрирует мо дель на рис. 1.153. Здесь за счет отрицательной обратной связи по току и релейного элемента (Discrete PRM Generator) ток в нагрузке пульсирует около заданного значения. Амплитуда и частота пульсаций определяется параметрами R, L активно индуктивной нагрузки и шириной петли ги стерезиса релейного элемента eps. Часто такой способ релейного управле ния называют «токовым коридором». При реализации «токового коридо ра» инвертор представляет собой источник тока, а управление электриче ской машиной в этом случае относится к частотно токовому.
Устройства управления инвертором должны реализовать способ, который обеспечил бы удовлетворение двух основных требований, предъявляемых к системе преобразователь–нагрузка:
•минимальные потери и минимальные пульсации тока в нагрузке, обусловленные воздействием первой и высших гармоник;
•минимальные потери в элементах преобразователя.
142
Ia,Ib,Ic |
Pulses |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ia Ib Ic |
|
|
|
Discrete |
|
|
Ia |
|
|
|
Ia Ib Ic |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Relay Generator |
|
|
|
Ib |
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Scope |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
Ic |
|
|
|
|
A |
+ |
i |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
A |
A |
|
|
|
|||
|
- |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
B |
|
|
+ |
i |
|
B |
B |
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
||||
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
C |
|
|
|
+ |
i |
|
|
+ |
v |
|
|
|
|
|
|
C |
C |
Ua |
|||||
|
|
|
|
|
|
- |
- |
|
|||
Universal Bridge |
|
|
|
|
|
Three-Phase |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Series RLC Branch |
|
|
|
|
Рис. 1.153. Схема модели «токового коридора» (Fig 1_153)
Эти требования противоречивы. Так как для улучшения каче ственных показателей работы нагрузки следует повышать несущую ча стоту, а для уменьшения потерь в преобразователе ее следует умень шать. Кроме того, двусторонняя энергетическая связь требует добавоч ных переключений в преобразователе. Компромисс в удовлетворении отмеченных требований находится на основании анализа электромаг нитных процессов и потерь в преобразователе.
Схема модели на рис. 1.153 отличается от вышерассмотренной на личием обратной связи по току нагрузки и блоком управления преоб разователем Discrete Relay Generator, специально разработанный для формирования «токового коридора». Схема модели блока Discrete Relay Generator приведена на рис. 1.154.
mIndex |
|
|
|
|
12:34 |
-K- |
|
u1, u3, u5 |
|
|
|
|
||
t |
|
|
u2, u4, u6 |
|
|
|
|
|
|
Phase |
pi/180 |
sin |
|
|
|
|
|
boolean |
Scope |
|
|
Relay |
NOT |
|
Internal_Phase |
|
|
||
Internal |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Select1A |
double |
Signal(s) |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
Pulses |
Ia,Ib,Ic |
|
|
|
|
|
|
Рис. 1.154. Схема модели блока Discrete Relay Generator |
|
|
143
Блок состоит из двух функционально несвязанных частей: первая формирует трёхфазный синусоидальный задающий сигнал по току, па раметры которого задаются в окне настройки (рис. 1.155); вторая часть является релейным регулятором, выходные сигналы которого u1, u3, u5 и u2, u4, u6 используются непосредственно для управления преобразовате лем.
Рис. 1.155. Окна настройки блоков Discrete Relay Generator и Universal Bridge
Вокне настройки блока Discrete Relay Generator задаются следую щие параметры:
•ширина петли гистерезиса релейного элемента в амперах
±eps = ±1 А;
•интервал дискретности Sample Time 5 мкс;
•амплитуда задающего синусоидального токового сигнала (А) и ча стота (Гц).
Вотличие от прежних настроек блока Universal Bridge, параме тры Tf и Tt увеличены и составляют значения 2,5 и 5 мкс, соответ ственно. Блок Select1A осуществляет форматирование сигналов управления в соответствии с нормативами по управлению блока
Universal Bridge.
Временная диаграмма работы (рис. 1.156) получена путем модели рования процессов на небольшом промежутке времени (0,005 с). В верхней части диаграммы показаны задающие токовые сигналы трёх
144
фаз, а в нижней – результат отработки задания, отличающийся тем, что ток в фазах начинает изменяться от нулевого значения и в активно ин дуктивной нагрузке не может мгновенно достичь заданного значения. При желании импульсы управления u1, u3, u5 и u2, u4, u6 можно разнести на отдельные окна, тогда детали импульсов управления будут наблю даться чётче.
Uy
50
0
- 50
u1 , u3 , u5
1
0. 5
0
u2 , u4 , u6
1
0. 5
0
Ia, Ib , Ic
50
0
-50
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
-3 x 10
Рис. 1.156. Временная работа при реализации замкнутого принципа управления
На рис. 1.157 показаны результаты моделирования при реали зации замкнутого принципа управления («токового коридора»). На рисунке приведено напряжение фазы А и токи всех фаз. При необходимости можно вывести на экран любое напряжение – фаз ное или линейное.
145
Рис. 1.157. Результаты моделирования |
при реализации замкнутого принципа управления |
146
2. ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
2.1.Разомкнутые
2.1.1.Автоматическое управление в функции времени
Двигатель параллельного возбуждения 25 кВт, 220 В, 420 об/мин, Iя.н = 120 А, Jя = 6 кг.м2 пускается раз в смену при трёхсменной работе. Статический момент и момент инерции, приведённые к валу двигате ля, равны: Мс = 410 Н.м, Jм = 6,5 кг.м2. Двигатель управляется по схеме, представленной на рис. 2.1.
Результаты расчёта пусковых характеристик и других параметров: Rд = 0,1472 Ом; r1 = 0,55 Ом; r2 = 0,22 Ом; Мн = 570 Н.м; ωн = 44 1/с; СеФн = СмФн = 4,75; Lд = 0,0125 Гн. Расчёт выдержки времени реле 1РУ – 1,35 с; реле 2РУ – 0,54 с.
Рис. 2.1. Схема управления двигателем параллельного возбуждения
147
|
Схема модели автоматического реостатного пуска в функции вре |
||||||||
мени приведена на рис. 2.2. |
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Multimeter |
Breaker |
g |
m |
2PY |
|
1PY |
|
|
|
Control1 |
|
|
XY Graph |
||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
Breaker |
|
|
Step |
|
|
|
|
|
|
Control |
g |
m |
|
|
Wm |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
TL |
m |
Ia |
|
|
|
Scope |
|
|
|
mIf |
|
|
|
|||
|
|
L |
|
g |
m |
g |
|||
|
|
|
Ta |
|
Te |
m |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
dc |
A- |
|
1 |
2 |
1 |
2 |
|
|
|
A+ |
|
|
|
2Y |
|
1Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
F+ |
F- |
|
|
r2 |
|
r1 |
|
|
|
DPT |
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 2.2. Схема модели привода постоянного тока |
|
|
|||||
савтоматическим управлением в функции времени (Fig 2_2)
Вмодели используется модернизированная модель двигателя по стоянного тока DPT, содержащаяся в файле Fig 1_25. Так как параме тры обмотки возбуждения не приведены, то обмотку возбуждения представляем сопротивлением 220 Ом с питанием от источника 220 В. При токе возбуждения 1 А параметр двигателя Laf равен постоянной
СeФн = СмФн, значение которой определено. Блок Step задаёт реактив ный момент сопротивления в 410 Н.м. Интерфейсная шина m на четы ре выхода позволяет регистрировать частоту вращения ωm, ток обмотки якоря двигателя Ia, ток обмотки возбуждения двигателя If и момент дви
гателя Te.
Идеальные ключи моделируют работу контакторов L, T, 2Y и 1Y и управляются блоками Breaker Control, в которые вносится программа состояния ключа в функции времени (рис. 2.3).
На рис. 2.3 показано окно настройки блока Breaker Control для управления ключом 1Y. В промежутке 0...1,5 с контакт 1Y разомкнут (0,15 с – время срабатывания контактора Л и плюс время выдержки ре ле 1PY – 1,35 с). В промежутке 1,5...3,5 с контакт 1Y замкнут, при вре мени более 3,5 с контакт разомкнут. Схема модели обеспечивает авто матический пуск в функции времени, также предусматривается дина мическое торможение при выключении привода.
На временной диаграмме (рис. 2.4) показан процесс пуска двигате ля при пренебрежении индуктивностью обмотки якоря.
148
Рис. 2.3. Программа управления ключом 1Y
ɑɚɫɬɨɬɚɜɪɚɳɟɧɢɹ, 1/ɫ
50 |
|
|
40 |
|
X: 2.962 |
|
|
|
|
X: 2.044 |
Y: 43.59 |
|
|
|
30 |
Y: 39 |
|
20 |
X: 1.485 |
|
Y: 27.49 |
|
|
|
|
10
0
|
|
|
X: 1.5 |
|
Ɍɨɤɞɜɢɝɚɬɟɥɹ, Ⱥ |
|
|
|
|
|
300 |
|
|
Y: 241.3 |
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
X: 1.484 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y: 97.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-100 |
|
|
|
|
|
|
X: 3.511 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-200 |
|
|
|
|
|
|
Y: -218.7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-300 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
0 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ȼɪɟɦɹ, ɫ |
|
|
|
Рис. 2.4. Реостатный пуск в функции времени |
|
|
||||||
|
|
|
и динамическое торможение (Lя.д = 0) |
|
|
|
||||
На рис. 2.5 показаны механические динамические характеристи ки, построенные по результату пуска двигателя с помощью графопо строителя XY Graph.
149
Рис. 2.5. Пусковая диаграмма (механические характеристики) |
На рис. 2.6 и 2.7 представлены результаты моделирования пуска и |
торможения при учёте индуктивности обмотки якоря двигателя. |
ɑɚɫɬɨɬɚ ɜɪɚɳɟɧɢɹ, 1/ɫ |
45 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 |
15 |
10 |
5 |
0 |
-5 |
Ɍɨɤ ɹɤɨɪɹ ɞɜɢɝɚɬɟɥɹ, Ⱥ |
250 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-150 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-250 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
3 |
3.5 |
4 |
4.5 |
5 |
0 |
||||||||||
|
|
Рис. 2.6. Реостатный пуск в функции времени |
|
|
||||||
|
|
и динамическое торможение (Lя.д = 0,0125 Г) |
|
|
||||||
150