Разработка на основе инвертора с релейным управлением

Реализация источника питания инвертора в виде батареи

Укажем основные элементы электропривода: асинхронный короткозамкнутый двигатель, инвертор (преобразователь частоты), источник питания инвертора и схема векторного управления (регуляторы, преобразователи координат и фаз, вычислитель частоты вращения системы координат и частоты инвертора, модели структурных элементов двигателя, информация о которых недоступна для прямого или косвенного измерения).

На рис. 5.24 приведена схема модели электропривода с векторным управлением. Все составляющие электропривода представлены, кроме источника питания инвертора. В качестве источника питания использован 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 реактивной нагрузки осуществляется блоком Torque, а активной — блоком Torque 1. Параметры цепей обратных связей по частоте вращения и току приняты расчётными.

Рис. 5.24. Схема модели электропривода с векторным управлением (Fig5₂₄)

Процесс моделирования в данной модели принят с фиксированным шагом с использованием комбинированной решающей программы. Шаг моделирования Ts задаётся в окне специального блока powergui. В связи с этим форма представления настроек блоков модели спецефична и в окне Sample (Sampling) Time необходимо указывать символ Ts или численное значение шага, заданное блоком powergui. Для ускорения решения может быть использована процедура Accelerator, которая перед началом моделирования создаёт дополнительный файл, на что используется время.

Для визуализации результатов моделирования используется осциллограф Scope.

Центральным звеном электропривода является схема векторного управления, модель которой представлена на рис. 5.26.

Рис. 5.25. Окна ввода параметров двигателя и инвертора

Рис. 5.26. Модель схемы управления приводом Vektor Control

Часть элементов схемы нам уже знакома — это регуляторы потока и скорости, окна настройки которых показаны на рис. 5.27.

Отличие этих моделей регуляторов от ранее использованных состоит в применении дискретных интеграторов и заполнении окна.

Sampling time символом 7s. Основные (все) значения параметров регуляторов занесены без изменения.

Рис. 5.27. Окна ввода параметров регуляторов потока и скорости

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 о)_к (частота инвертора) и текущий угол поворота координат у. Эту функцию выполняет блок Gamma Calculation, схема модели которого показана на рис. 5.28.

Блок реализует два уравнения (4.9) и (4.7). Так как уравнения записаны в абсолютных единицах, а со_т действует в схеме в машинных единицах, то на входе со_т (рис. 5.28) появился усилитель с коэффициентом усиления 10. По этой же причине появился усилитель на входе /у с коэффициентом усиления 1/0,66. Угол поворота система координат формирует дискретный интегратор, в схеме управления интегратором предусмотрен сброс выходного напряжения интегратора до нулевого уровня при достижении значения 2/г.

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 ху to ABC conversion. В одном блоке совмещены два упомянутые выше преобразователя (рис. 5.29).

Рис. 5.28. Схема модели блока Gamma Calculation

lx*.

Рис. 5.29. Схема модели блока лгу to ABC conversion

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

Рис. 5.30. Окно ввода параметров блока Current Regulator

Максимальное значение амплитуды входного сигнала задания любой полярности 10 В. Задание релейному регулятору тока Current Regulator ±0,2 В в машинных единицах (рис. 5.30). Пульсации тока составляют около 0,6 А при частоте, близкой к 2500 Гц.

Выходные сигналы блока Current Regulator обеспечивают управление шестью транзисторами инвертора и упакованы в микропроцессорную шину.

Инвертор отрабатывает задание: на обмотках двигателя появляется напряжение и ток. Сигнал обратной связи по действительному току статора, квантованный и задержанный после обработки на оговоренные ранее значения, поступает на релейный регулятор тока Current Regulator и начинает отрабатываться ток статора. Сигнал действительного значения трёхфазного тока статора поступает так же на блок ABC to ху conversion, преобразуется в двухфазный и переводится во вращающуюся систему координат. Схема модели блока показана на рис. 5.31. Преобразования осуществляются в машинных единицах.

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

id.

Рис. 5.31. Схема модели блока ABC to ху conversion

Рис. 5.32. Схема модели цепи намагничивания двигателя

Модель составлена в соответствии с выражением (4.10). Единственное различие состоит в наличии коэффициента обратной связи, чтобы перевести машинный ток Isx в абсолютный. Сигнал, сформированный на выходе этого блока, используется как обратная связь по потоку в контуре потока. Квантование и запаздывание, введенные в цепь обратной связи, характеризуют затраты времени на обсчёт модели с определённой точностью.

И, наконец, последний блок Edit Scope, размещённый в схеме векторного управления приводом Vector Control. Этот блок позволяет открыть главное меню графической диаграммы, создаваемой в процессе моделирования. Главное меню открывает все предусмотренные Simulink возможности редактирования и обработки созданной диаграммы. Для вызова меню необходимо до моделирования вызвать пустой экран Scope и произвести моделирование. На экране появляется изображение результата моделирования и главное меню.

Рис. 5.33. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±100 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Все предварительные обсуждения закончены, переходим к моделированию. На рис. 5.33 и 5.34 продемонстрированы результаты пуска привода с векторным управлением на номинальную (максимальную) частоту вращения ±100 1/с. Привод чётко справился с поставленной задачей. Снижение пускового момента при выходе на номинальную частоту вращения обусловлено отсутствием запаса по напряжению на инверторе. Поток ведёт себя нормально, внутренние возмущения существенно не проявляют;

ся. Такой же вывод можно сделать, анализируя процессы пуска и реверса на частоту вращения ±50 1/с (см. рис. 5.35 и 5.36).

Рис. 5.34. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±100 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Рис. 5.35. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±50 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Рис. 5.36. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±50 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Рис. 5.37. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±0,01 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Рис. 5.38. Пуск и реверс привода с векторным управлением на ±0,01 1/с с различным порядком действия реактивных нагрузок

Анализируя работу привода на малой частоте вращения (см. рис. 5.37 и 5.38), можно утверждать, что такой электропривод выполняет все функции: четко формирует заданную частоту вращения, восстанавливает заданную частоту вращения после возмущений по нагрузке (реактивный момент при моделировании не превышал номинальное значение). Разработанный электропривод можно реализовать, если расчетные операции не будут превышать по времени введённых значений и при обработке информации будут применены АЦП и ЦАП соответствующей разрядности.