Терехин. Учебное пособие

До производства моделирования сделаем замечание, что наиболее напряжённый режим работы привода генераторный (рекуперативный). Такой режим возможен при активном моменте сопротивления и в этом режиме решающую роль выполняет «тормозной» резистор R1. Поэтому нагрузку на двигатель будем подавать по входу Та.

И последнее уточнение: сопротивление «тормозного» резистора R1 принято 5 Ом, ёмкость конденсатора С1 взята 300 мкФ.

Выполним моделирование пуска и реверса двигателя на малую ча стоту вращения, нагружать двигатель будем активным моментом и наз начать знак момента сопротивления таким образом, чтобы двигатель, в основном, работал в генераторном режиме. Программы управления ча стотой вращения и активным моментом во времени занесены в тайме ры Timer1 и Timer и представлены на рис. 5.20.

Рис. 5.20. Временные программы управления частотой вращения и активным моментом сопротивления

На рис. 5.21 представлены результаты моделирования работы электропривода с векторным управлением, укомплектованного полно стью необходимым оборудованием.

271

Vab (V)

is(A,B,C) (A)

Рис. 5.21. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку (малая скорость)

Первый вывод – это принципиально другой характер реакции привода на управления и возмущения. Перерегулирование стало чётко выраженным фактом и является следствием действия активного мо мента. Однако задание по частоте вращения исполняется достаточно аккуратно, хотя из за больших перерегулирований четкость отработки заданной частоты вращения в этом масштабе несколько размыта.

И второй вывод: напряжение источника питания не превышает 600 В, за исключением момента включения привода в сеть.

На рис. 5.22 продемонстрирована работа электропривода с актив ным моментом нагрузки на средней частоте вращения.

Привод выполняет все задания. Напряжение источника питания инвертора всё настойчивее приближается к 600 В, чаще срабатывает «тормозной» резистор. Это свидетельствует о том, что двигатель на большой скорости имеет бо' льший запас энергии, которую при опреде лённых условиях (перерегулирование, работа в генераторном режиме, реверсирование) старается отдать в цепь инвертора.

272

is(A,B,C) (A)

20

X: 0. 00656

0Y: 15.06

-20

<Electromagnetic torque Te (N*m)>

Рис. 5.22. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку (средняя скорость)

is(A,B,C) (A)

Рис. 5.23. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку (большая скорость)

273

На рис. 5.23 показаны результаты моделирования работы привода на большой скорости. Задания выполняются, но не достаточно чётко. Однако конкретных претензий нет – частота вращения соответствует заданному значению, после возмущения по нагрузке возвращается на заданное значение.

Напряжение питания инвертора вплотную приблизилось к 600 В. Всё бо' льшая часть энергии возвращается двигателем, работающим с активной нагрузкой.

В заключение отметим, что разработанный электропривод уверен но работает в диапазоне 1000 с различным характером нагрузки, при воздействии нагрузки номинального значения астатические свойства системы не нарушаются во всём диапазоне частоты вращения.

5.2.Разработка на основе инвертора с релейным управлением

5.2.1.Реализация источника питания инвертора в виде батареи

Укажем основные элементы электропривода: асинхронный корот козамкнутый двигатель, инвертор (преобразователь частоты), источ ник питания инвертора и схема векторного управления (регуляторы, преобразователи координат и фаз, вычислитель частоты вращения си стемы координат и частоты инвертора, модели структурных элементов двигателя, информация о которых недоступна для прямого или косвен ного измерения).

На рис. 5.24 приведена схема модели электропривода с векторным управлением. Все составляющие электропривода представлены, кроме источника питания инвертора. В качестве источника питания исполь зован идеальный элемент – батарея (аккумулятор), способные отдавать энергию и принимать её.

На рис. 5.25 показаны установленные параметры асинхронного двигателя и трёхфазного инвертора. Напряжение питания инвертора принято 600 В, которое обеспечивает элемент VDC. Задание скорости обеспечивает блок Speed, установка нагрузки осуществляется блоком Torque. Параметры цепей обратных связей по частоте вращения и току приняты расчётными.

Процесс моделирования в данной модели принят с фиксирован ным шагом с использованием дискретной решающей программы. Шаг моделирования TS задаётся в специальном окне, доступ к которому воз

274

можен при обращении к главному меню (File Model Properties Callbacks). В связи с этим форма представления настроек блоков модели специ фична и в окне Sample (Sampling) Time необходимо указывать символ TS. Соответствующие перестройки были выполнены. Кроме того, для ускорения решения использована процедура Accelerator. Перед началом моделирования Simulink создаёт дополнительный файл, на что исполь зуется время.

Рис. 5.24. Схема модели электропривода с векторным управлением (Fig 5_24)

Для визуализации результатов моделирования используется ос циллограф Scope.

Центральным звеном электропривода является схема векторного управления, модель которой представлена на рис. 5.26. Часть элемен тов схемы нам уже знакома – это регуляторы потока и скорости, окна настройки которых показаны на рис. 5.27.

Отличие этих моделей регуляторов от ранее использованных со стоит в применении дискретных интеграторов и заполнении окна Sam* pling time символом TS. Основные (все) значения параметров регулято ров занесены без изменения.

275

Рис. 5.25. Окна ввода параметров двигателя и инвертора

На блок Vector Control (см. рис. 5.26) от двигателя поступают два сигнала, доступные для измерения – трёхфазный ток статора и частота вращения ротора. Остальные сигналы вычисляет схема векторного управления. Прежде всего, должна быть вычислена частота вращения координат ωk (частота инвертора) и текущий угол поворота коорди

276

Edit Scope

Рис. 5.26. Модель схемы управления приводом Vektor Control

Блок реализует два уравнения (4.9) и (4.7). Так как уравнения запи саны в абсолютных единицах, а ωm действует в схеме в машинных еди ницах, то на входе ωm (рис. 5.28) появился усилитель с коэффициентом усиления 10. По этой же причине появился усилитель на входе Iy с ко эффициентом усиления 1/0,66. Угол поворота системы координат фор мирует дискретный интегратор, в схеме управления интегратором пре дусмотрен сброс выходного напряжения интегратора до нулевого уров ня при достижении значения 2π.

Далее регуляторы потока и скорости вырабатывают задание на ток статора двигателя в двух фазах во вращающейся системе координат. Необходимо перевести задание в неподвижную систему и представить сигнал трёхфазным. Эту задачу выполняет блок xy to ABC conversion. В одном блоке совмещены два вышеупомянутых преобразователя (рис. 5.29).

Преобразования идут в машинных единицах, поэтому масштаб ные коэффициенты не вводятся. На выходе блока имеем трёхфазное задание на требуемой текущей частоте работы инвертора. Трёхфазный сигнал задания, требуемой частоты и амплитуды тока статора, поступа ет на релейный блок управления инвертором (регулятор тока) Current Regulator. Окно установки параметров релейного регулятора тока пока зано на рис. 5.30.

277

Рис. 5.27. Окна ввода параметров регуляторов потока и скорости

278

Рис. 5.28. Схема модели блока Gamma Calculation

Рис. 5.29. Схема модели блока xy to ABC conversion

Рис. 5.30. Окно ввода параметров блока Current Regulator

Максимальное значение амплитуды входного сигнала задания лю бой полярности 10 В. Задание релейному регулятору тока Current Regu* lator ±0,2 В в машинных единицах (рис. 5.30). Пульсации тока соста вляют около 0,6 А при частоте, близкой к 2500 Гц.

Выходные сигналы блока Current Regulator обеспечивают управле ние шестью транзисторами инвертора и упакованы в микропроцессор ную шину.

279

Инвертор отрабатывает задание: на обмотках двигателя появляет ся напряжение и ток. Сигнал обратной связи по действительному току статора, квантованный и задержанный после обработки на оговорен ные ранее значения, поступает на релейный регулятор тока Current Re* gulator и начинает отрабатываться ток статора. Сигнал действительного значения трёхфазного тока статора поступает также на блок ABC to xy conversion, преобразуется в двухфазный и переводится во вращающую ся систему координат. Схема модели блока показана на рис. 5.31. Пре образования осуществляются в машинных единицах.

Рис. 5.31. Схема модели блока ABC to xy conversion

Так как элементов обратной связи по магнитному потоку нет, то приходится цепь намагничивания двигателя моделировать по данным расчёта схемы замещения. Схема модели цепи намагничивания двига теля представлена на рис. 5.32.

Рис. 5.32. Схема модели цепи намагничивания двигателя

Модель составлена в соответствии с выражением (4.10). Един ственное различие состоит в наличии коэффициента обратной связи, чтобы перевести машинный ток ISx в абсолютный. Сигнал, сформиро ванный на выходе этого блока, используется как обратная связь по по току в контуре потока. Квантование и запаздывание, введённые в цепь

280