Проектирование электротехнических устройств Курс лекций по электротехнике Курс лекций по теории электрических цепей Курс лекций по информатике

Проектирование и моделирование электротехнических устройств

Реализация различных способов ШИМ предлагается на основе цифрового счетчика с реверсивным счетом регистров. Приведено аналитическое обоснование принципа векторного управления и его структурная реализация.

Получена аналитическая формула для частотного закона управления , где A – определяется на основе компьютерного эксперимента; ; ; ; UН – номинальное напряжение, В; fн – номинальная частота, Гц; p – число пар полюсов; X и Y – коэффициенты «вентиляторной» нагрузки; MH – номинальный момент, Н*м; sн – номинальное скольжение. Аналитическое выражение получено для стационарного режима работы АП и позволяет учесть все типы механической нагрузки. Приведена также реализация закона в виде структурной схемы.

В третьей главе выполнена компьютерная реализация модели АП в CASPOC, выполнен модельный эксперимент – расчет характеристик на отладочном примере при различном питании АД (гармоническом, импульсном, при ШИМ). Для построения имитационной модели АП были использованы стандартные блоки (асинхронный двигатель, силовой инвертор, блок нагрузки) из библиотеки CASPOC. Ряд моделей блоков (блок имитации вытеснения тока, блок модели обобщенной нагрузки, блок модели частотного управления) разработан по оригинальным схемам и оформлен в виде макросов. Построенная имитационная модель регулируемого асинхронного привода в моделирующей среде CASPOC, позволяет производить расчеты динамических и переходных характеристик при различном характере нагрузки. Разработанная модель блока амплитудно-частотного управления электроприводом, позволяет реализовать заданные законы управления и структуры приводов: управление, регулирование, разомкнутые и замкнутые по скорости, векторное управление. Модель управляемого привода, разработанная в программной среде CASPOC, изображена на рис. 6 (а – д).

Рисунок 6а. Асинхронный двигатель и нагрузка

Рисунок 6б. Тиристорный инвертор

Рисунок 6в. Блок, имитирующий эффект вытеснения тока в обмотке ротора

Рисунок 6г. Блок, имитирующий механическую нагрузку

Рисунок 6д. Блок управления частотой и амплитудой питающего напряжения

 Построены модели схем ШИМ управления в CASPOC для различных способов формирования ШИМ. Они позволяют оценить влияние ШИМ управления, как на динамические характеристики привода, так и скорректировать параметры регулятора. Различные способы формирования ШИМ в CASPOC (фронтальная и центральная) приведены на рис. 7-8. В ходе исследования динамических режимов при питании от инвертора были получены данные о гармоническом составе питающего напряжения – таблица 2.

Таблица 2.

Параметры режима

Коэффициент гармоник

50Гц, стационарный режим, номинальная нагрузка

30,8

50Гц, стационарный режим, нагрузка ½ от номинальной

60,4

25Гц, стационарный режим

22,4

50Гц, динамический процесс (½ времени процесса) 

6

Высокая эффективность и производительность разработанной модели асинхронного электропривода, продемонстрированные на конкретном примере, позволяют проводить статистический эксперимент по расчету корректирующих коэффициентов в законе управления.

Предложена методика определения законов управления и схем их модельной реализации, обеспечивающая управление в соответствии с требованиями оптимальности по заданному критерию и ряду ограничений (в частности, максимуму отношения момента к току при ограничении максимального тока).

Рисунок 7. Система управления с фронтальной ШИМ

Рисунок 8. Система управления с центральной ШИМ

 В четвертой главе приведены результаты использования методики для прикладной задачи – построение закона управления привода пневмокомпрессора для электропоезда пригородного сообщения на основе характеристик, полученных на модели. Были выполнены исследования пусковых режимов и определены оптимальные параметры закона управления привода, имеющего параметры: выходное трёхфазное напряжение – 220В (линейное), 50Гц, номинальная выходная мощность – 15 кВт, максимальная выходная мощность – 20 кВт. Потребляемый ток при постоянном напряжении 280В - не более 50А. Применяемый в приводе тип двигателя - 4А160S6У3. Параметры двигателя: напряжение питания двигателя (фазное)- 220 В, частота тока сети- 50 Гц, синхронная частота вращения- 1000 об/мин, номинальная мощность на валу двигателя- 11 кВт, максимальная мощность на валу двигателя - 20 кВт, номинальный коэффициент полезного действия - 0.87, скольжение при номинальной нагрузке - 0.023, номинальный ток статора – 19 А.

Нагрузкой двигателя является компрессор поршневого типа. Датчик давления пневмосистемы измеряет давление в ней. Он настроен таким образом, что подает сигнал на включение компрессора при давлении в пневмосистеме ниже 6 Атм. и снимает его при достижении давления 8 Атм. В связи с этим режим работы пневмокомпрессора – повторно-кратковременный. Он работает в течение 40секунд с промежутком в 2 минуты.

Анализ результатов моделирования пусковых режимов АД представлен в таблице 3. В таблице обозначено: МCT – момент сухого трения, Н*м; ММ – максимальный момент двигателя, Н*м; МН – установившийся момент двигателя, Н*м; ISM – максимальный ток статора, А; ISN – установившийся ток статора, А; Туст – время выход на установившийся режим, сек; Тзад – время задержки пуска, сек.

Таблица 3.

Мст

Ммmax

Ммmin

Мнmax

Мнmin

Isм

Isн

Туст

Тзад

Регулирование, при начальных значениях частоты и амплитуды, равных 10% от номинальных значений

40

67

43

48,5

37,5

45,5

30

2,5

0,1

50

78

52

59

47

55

35,5

2,5

0,3

65

97,5

73,5

74

61,5

74

45

2,8

0,6

70

Не пускается

Регулирование, при начальных значениях частоты и амплитуды, равных 10% от номинальных значений, с увеличенным вдвое коэффициентом скорости нарастания частоты и амплитуды

40

95,6

18,5

49

38

60

29

1,3

0,05

50

101

35

59

47

66

34

1,35

0,1

65

107

29

75

61

86,5

41

2,45

0,25

70

Не пускается

Регулирование, при начальном значении амплитуды, равному 10% от номинальных значений и непропорциональном увеличении частоты и амплитуды

40

105

22

48,5

37,5

48

30

2,6

0,2

50

101

32

59

47

50

35,5

2,5

0,2

60

121

31

69

56

54

41,5

2,9

0,2

70

131

26

80

66

62,5

48,5

3,7

0,35

80

138

20

90

76

76,5

57

3,8

0,35

90

Не пускается.

На основании данных эксперимента для рассматриваемого двигателя (привода компрессора) при заданном законе управления частотой на валу двигателя Ω*=Ω*(t) были определены оптимальные параметры (A, B, C, D) закона управления амплитудой напряжения U=U(f) в пусковом режиме по следующим критериям: кратность пускового тока не более 1,1; минимальные электрические потери; максимальный КПД; пульсации момента в пусковом режиме относительно номинального не более 30%.


На главную