Реализовать двухквадрантный дисковод постоянного тока (buck-boost converter topology)
Двухквадрантный дисковод Chopper DC Drive (DC6) представляет собой двухквадрантный дисковод DC suppled, chopper (или преобразователь PWM DC-DC) для двигателей DC. Этот привод имеет замкнутый контур управления скоростью с двухквадрантной работой. Контур управления скоростью выдает опорный ток якоря машины. С помощью контроллера тока PI получают рабочий цикл прерывателя, соответствующий управляемому току якоря. Этот рабочий цикл затем сравнивается с сигналом пилообразной несущей для получения требуемых сигналов ШИМ для прерывателя.
Основными преимуществами этого привода, по сравнению с другими дисками постоянного тока, являются простота его реализации и то, что он может работать в двух квадрантах (прямое моторирование и обратная регенерация). Кроме того, за счет использования преобразователей высокой частоты коммутации постоянного тока получается меньшая пульсация тока якоря (по сравнению с приводами постоянного тока на основе тиристора). Однако для всех двухквадрантных приводов постоянного тока не могут быть получены обратимые и регенеративные операции (обратное моторирование и прямая регенерация), которые требуются в большинстве приводов постоянного тока.
Примечание
В программном обеспечении Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок Туо-Куэдрэнт Чоппер ДК-Драйв обычно называют DC6 МОТОРНЫЙ ПРИВОД.
В двухквадрантном блоке Chopper DC Drive используются следующие блоки из библиотеки Electric Drives/Fundamental Drive Blocks:
Контроллер скорости (DC)
Переключатель регулирования
Вертолет
Машина отдельно возбуждается источником постоянного напряжения постоянного тока. Таким образом, отсутствует управление напряжением поля. По умолчанию при запуске моделирования току поля присваивается стационарное значение.
Напряжение якоря обеспечивается бак-повышающим преобразователем IGBT, управляемым двумя регуляторами PI. Питание преобразователя осуществляется источником постоянного напряжения постоянного тока. Колебания тока якоря уменьшаются сглаживающей индуктивностью, связанной последовательно с цепью якоря.
Модель является дискретной. Хорошие результаты моделирования были получены с шагом времени 1 мкс. Для моделирования цифрового контроллера система управления имеет два различных времени выборки:
Время отбора проб регулятором скорости
Текущее время выборки контроллера
Время выборки контроллера скорости должно быть кратным текущему времени выборки. Последнее время выборки должно быть кратным временному шагу моделирования.
Выберите способ организации выходных переменных. При выборе Multiple output busesблок имеет три отдельные выходные шины для переменных двигателя, преобразователя и контроллера. При выборе Single output bus, все переменные выводятся на одной шине.
Выберите между подробным инвертором и инвертором среднего значения. По умолчанию: Detailed.
Выберите между моментом нагрузки, частотой вращения двигателя и механическим поворотным отверстием в качестве механического входного сигнала. По умолчанию: Torque Tm.
Если выбран и применен крутящий момент нагрузки, на выходе отображается частота вращения двигателя в соответствии со следующим дифференциальным уравнением, которое описывает динамику механической системы:
F, r + Tm
Эта механическая система включена в модель двигателя.
Если в качестве механического ввода выбрана скорость двигателя, то в качестве выхода получается электромагнитный крутящий момент, позволяющий представлять внешне динамику механической системы. Внутренняя механическая система не используется при этом выборе механического ввода, и параметры инерции и вязкого трения не отображаются.
Для механического поворотного порта, соединительный порт S отсчитывается для механического входа и выхода. Он обеспечивает прямое подключение к среде Simscape. Механическая система двигателя также включена в привод и основана на том же дифференциальном уравнении.
См. раздел Механическая муфта двух приводов двигателя.
При установке этого флажка Motor, Conv, и Ctrl выходные сигналы измерения используют имена сигналов для идентификации меток шины. Эта опция используется для приложений, для которых метки сигналов шины должны содержать только буквенно-цифровые символы.
Если флажок снят (по умолчанию), на выходе измерения используется определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неальфанумерные символы, несовместимые с некоторыми приложениями Simulink ®.
На вкладке DC Machine отображаются параметры блока DC Machine библиотеки основных блоков (powerlib).
Сглаживающее значение индуктивности (H). По умолчанию: 10e-3.
Значение напряжения поля электродвигателя постоянного тока (В). По умолчанию: 150.
В разделе IGBT/Diode на вкладке Converter отображаются параметры блока Universal Bridge библиотеки основных блоков (powerlib). Дополнительные сведения о параметрах блока Universal Bridge см. на справочной странице Universal Bridge.
Это всплывающее меню позволяет выбирать между регулировкой скорости и крутящего момента. По умолчанию: Speed regulation.
При нажатии этой кнопки появляется диаграмма, иллюстрирующая схему контроллера скорости и текущего контроллера.
Номинальное значение частоты вращения двигателя постоянного тока (об/мин). Это значение используется для преобразования частоты вращения двигателя из об/мин в pu (на единицу). По умолчанию: 1750.
Исходное значение скорости (об/мин). Это значение позволяет пользователю начать моделирование со скоростью, отличной от 0 об/мин. По умолчанию: 0.
Частота отсечки фильтра нижних частот, используемого для фильтрации измерения скорости двигателя (Гц). По умолчанию: 40.
Время (а) выборки контроллера скорости. Это время выборки должно быть кратным текущему времени выборки контроллера и временному шагу моделирования. По умолчанию: 100e-6.
Пропорциональный коэффициент усиления контроллера скорости PI. По умолчанию: 10.
Интегральный коэффициент усиления контроллера скорости PI. По умолчанию: 50.
Максимальное изменение скорости, допускаемое при разгоне двигателя (об/мин). Слишком большое значение может привести к перетоку якоря. По умолчанию: 1000.
Максимальное изменение скорости, допускаемое при замедлении двигателя (об/мин). Слишком большое значение может привести к перетоку якоря. По умолчанию: -1000.
Частота отсечки фильтра нижних частот, используемого для фильтрации измерения тока якоря (Гц). По умолчанию: 500.
Предел симметричного опорного тока (pu) около 0 pu. 1.5 pu - общее значение. Имейте в виду, что нижний предел автоматически уменьшается для низких скоростей (см. описание контроллера скорости). По умолчанию: 1.5.
Частота переключения двух IGBT-устройств (Гц). По умолчанию: 5e3.
Текущее время выборки контроллера. Это время выборки должно быть кратным времени выборки контроллера скорости и кратным временному шагу моделирования. По умолчанию: 20e-6.
Номинальная мощность двигателя постоянного тока (Вт) и напряжение (В). Эти значения используются для преобразования тока якоря из ампер в pu (на единицу). Значение по умолчанию для Power равно 200*746. Значение по умолчанию для напряжения: 440.
Пропорциональный коэффициент усиления контроллера тока PI. По умолчанию: 2.
Интегральное усиление контроллера тока PI. По умолчанию: 200.
SPУставка скорости или крутящего момента. Уставка скорости может быть функцией шага, но скорость изменения скорости будет следовать за аппарелями ускорения/замедления. Если крутящий момент нагрузки и частота вращения имеют противоположные знаки, то ускоряющий крутящий момент будет суммой электромагнитного крутящего момента и крутящего момента нагрузки.
Tm или WmМеханический ввод: крутящий момент нагрузки (Tm) или частота вращения двигателя (Wm). Для механического поворотного порта (S) этот вход удаляется.
Vcc, Gnd Электрические соединения источника постоянного напряжения. Напряжение должно соответствовать размеру двигателя.
Wm, Te или SМеханический выход: скорость двигателя (Wm), электромагнитный крутящий момент (Te) или механический поворотный порт (S).
Если для параметра Output bus mode установлено значение Multiple output bus, блок имеет следующие три выходных шины:
MotorВектор измерения двигателя. Этот вектор состоит из двух элементов:
Напряжение якоря
Вектор измерения двигателя постоянного тока (содержащий значения скорости, тока якоря, тока поля и электромагнитного момента). При этом перед выходом сигнал скорости преобразуется из рад/с в об/мин.
ConvВектор измерения IGBT/диодного устройства. Этот вектор включает выходное напряжение преобразователя. Выходной ток не включается, так как он равен току якоря двигателя постоянного тока. Следует отметить, что все значения тока и напряжения преобразователя могут быть визуализированы с помощью блока мультиметра.
CtrlВектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:
Привязка тока якоря
Рабочий цикл импульсов ШИМ
Погрешность частоты вращения или крутящего момента (разница между эталонной скоростью и фактической скоростью или между эталонным крутящим моментом и фактическим крутящим моментом)
Эталонный клин скорости или эталонный крутящий момент
Если для параметра режима шины вывода установлено значение Single output bus, блок группирует выходные сигналы двигателя, конвейера и Ctrl в один выходной сигнал шины.
Библиотека содержит набор параметров привода мощностью 5 л.с. и 200 л.с. Характеристики этих двух дисков приведены в следующей таблице.
Спецификации привода 5 HP и 200 HP
5 Привод высокого давления | Привод мощностью 200 л.с. | ||
|---|---|---|---|
Входное напряжение привода | |||
Амплитуда | 280 В | 550 В | |
Номинальные значения двигателя | |||
Власть | 5 л.с. | 200 л.с. | |
Скорость | 1750 об/мин | 1750 об/мин | |
Напряжение | 240 В | 500 В | |
dc6_example иллюстрирует двухквадрантный привод рубильника, используемый с параметром 200 л.с., установленным при регулировании скорости.
[1] Boldea, Ion и S.A. Nasar, Electric Drives, CRC Press LLC, 1999.
[2] Сегье, Ги, Electronique de puissance, Дюно, 1999.