Описание

Эта схема основана на блоке DC4 специализированных энергосистем. Он моделирует четырехквадрантный трехфазный выпрямитель (двухконвертерная топология) без циркулирующего тока для двигателя постоянного тока мощностью 200 л.с.

Электродвигатель постоянного тока 200 ВД возбуждается отдельно постоянным напряжением 310 В постоянного тока. Напряжение якоря обеспечивается двумя трехфазными противопараллельными соединенными преобразователями, управляемыми двумя ПИ регуляторами. Это позволяет двунаправленному току протекать через цепь якоря двигателя постоянного тока и, таким образом, работать в четырех квадратах. Преобразователи питаются от источника напряжения 380 В переменного тока 50 Гц.

Регуляторы управляют углами зажигания обоих тиристоров преобразователя. Первым регулятором является регулятор скорости, за которым следует регулятор тока. Регулятор скорости выдает опорный ток якоря (в п.е.), используемый контроллером тока для получения электромагнитного момента, необходимого для достижения желаемой скорости. Скорость изменения опорной скорости следует за аппарелями ускорения и замедления, чтобы избежать внезапных изменений опорной частоты, которые могут вызвать перенапряжение якоря и дестабилизировать систему. Регулятор тока управляет током якоря путем вычисления соответствующих углов зажигания тиристора. Это генерирует выходные напряжения преобразователя, необходимые для получения требуемого тока якоря.

По сравнению с исходным блоком DC4 эта схема моделирует четырехквадрантный привод без циркулирующего тока. Во время этого процесса регулирования поток циркулирующего тока полностью блокируется автоматическим управлением импульсами зажигания. За счет включения только одного из двух импульсов возбуждения, необходимых для двух тиристорных преобразователей, одновременно работает только один преобразователь, который переносит ток нагрузки. Другой преобразователь временно заблокирован. Управление импульсами зажигания полностью управляется модулем «драйвера моста». Посредством измерения опорных токов и токов нагрузки этот модуль определяет, когда должно произойти пересечение преобразователя, путем включения соответствующих импульсов возбуждения преобразователя.

Два угла стрельбы управляются так, чтобы их сумма давала 180 градусов. Это обеспечивает более плавный переход моста. Поскольку циркуляционный ток запрещен, для ограничения величины этого тока не требуется больше индукторов. Однако сглаживающая индуктивность 10 мЧ размещается последовательно с цепью якоря для уменьшения колебаний тока якоря.

Моделирование

Запустите моделирование. Вы можете наблюдать напряжение и ток якоря двигателя, углы зажигания преобразователя и скорость двигателя в области. Также показаны привязки тока и скорости. В основной блок добавлена вторая область, позволяющая визуализировать выходные токи преобразователя. Также видны сигналы «block_1» и «block_2», управляемые модулем «драйвера моста».

Во время этого моделирования двигатель соединен с вентилятором. Механический крутящий момент этого типа нагрузки пропорционален квадрату скорости.

Исходная скорость устанавливается равной 1184 об/мин, номинальная скорость. Обратите внимание, что скорость двигателя точно соответствует эталонному темпу ускорения (+ 320 об/мин/с) и достигает установившегося состояния примерно после 4 с. Медленное ускорение обусловлено высокой инерцией нагрузки.

Ток якоря очень хорошо следует за опорным током и стабилизируется около 330 А. Во время фазы ускорения ток якоря постепенно увеличивается (и, следовательно, также создается электромагнитный крутящий момент), механический крутящий момент, противоположный нагрузке, возрастающей со скоростью. Только преобразователь 1 работает (Block_1 низкий), и преобразователь 2 запрещен (Block_2 высокий). Следовательно, выходной ток преобразователя 1 равен току нагрузки, и преобразователь 2 не выдает ток. Обратите внимание, что сглаживающая индуктивность 10 мЧ сохраняет колебания тока якоря довольно малыми.

При t = 4,5 с опорная скорость падает до -600 об/мин, а ток якоря понижается со скоростью для уменьшения электромагнитного момента, чтобы замедлиться после клина отрицательной скорости (-320 об/с).

Около t = 5,3 с ток якоря достигает 0 А и происходит переход моста, чтобы ток якоря стал отрицательным. Преобразователь 1 отключен, а преобразователь 2 включен (Block_1 становится высоким, а Block_2 - низким). Чтобы избежать одновременной проводимости обоих преобразователей (и, следовательно, избежать циркулирующего тока) во время перехода, входящий преобразователь включается через несколько миллисекунд после отключения преобразователя 1. Затем преобразователь 2 выводит ток нагрузки, а выходной ток преобразователя 1 равен нулю. Обратите внимание, что при переходе моста текущие сигналы остаются плавными. Этот отрицательный ток теперь генерирует тормозной момент для замедления вентилятора.

При t = 8,2 с скорость достигает 0 об/мин, и ток якоря теперь генерирует ускоряющий крутящий момент, чтобы позволить вентилятору ускориться в плоскости отрицательной скорости.

При t = 11 с скорость и ток якоря стабилизируются около -600 об/мин и 90 А соответственно.

Примечания

1) Система питания была дискретизирована с 5-кратным временным шагом. Система управления (регуляторы и модуль драйвера моста) использует временной шаг 100 мкс для моделирования устройства управления микроконтроллером.

2) Для уменьшения количества точек, хранящихся в памяти области, используется коэффициент прореживания 10.