Этот пример демонстрирует регулирование скорости привода переменного тока переменной частоты с использованием метода прямого регулирования крутящего момента на основе гистерезиса (DTC).
Электрическая энергия подается трехфазным диодным выпрямителем переменного/постоянного тока, подключенным к сетке 460 В, 60 Гц. Шина постоянного тока подключена к трехфазному, двухуровневому преобразователю. Этот преобразователь генерирует переменное напряжение и частоту, необходимые для работы асинхронного двигателя мощностью 150 л.с. Кроме того, тормозной рубильник соединен с шиной постоянного тока для рассеивания кинетической энергии двигателя во время замедления.
Привод асинхронного двигателя с инверторным питанием может управляться различными способами в зависимости от применения, требуемых рабочих характеристик и сложности конструкции контроллера. Обычно используемыми схемами являются скалярное управление (управление V/Hz или управление потоком разомкнутого контура) или векторное управление (полевое управление или прямое управление крутящим моментом). В этом примере используется метод прямого управления крутящим моментом (DTC) на основе гистерезиса.
Прямое управление крутящим моментом (DTC) - техника, позволяющая мгновенно управлять магнитным потоком двигателя и его электромагнитным крутящим моментом развязанным способом. Управление крутящим моментом позволяет осуществлять точное статическое и динамическое регулирование скорости. Основными компонентами подсистемы DTC являются:
Расчет потока и крутящего момента - связь статорного потока оценивается путем интегрирования напряжений статора, а крутящий момент рассчитывается на основе расчетного потока и токов двигателя.
Регулятор скорости - регулятор сравнивает фактическую скорость двигателя с эталоном скорости и генерирует эталон крутящего момента.
Управление гистерезисом - рассчитанная величина потока и крутящий момент сравниваются с эталонными значениями. Когда результирующая ошибка потока или крутящего момента пересекает либо положительное, либо отрицательное значение полосы гистерезиса, активируется управляющий сигнал для исправления ошибки.
Оптимальное переключение - Импульсы на инвертор двигателя вырабатываются на основе управляющих сигналов, генерируемых управлением гистерезисом и положением связи статорного потока.
На рисунке ниже показана стратегия, используемая для определения наилучшего вектора напряжения, когда связь потока расположена в секторе 0.
На рисунке показаны четыре случая:
V3 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть увеличен, а поток должен оставаться неизменным. Выбор вектора V3 напряжения ускоряет поток и, таким образом, прикладывает крутящий момент ускорения к ротору при незначительном уменьшении величины потока.
V2 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть увеличен, а поток - увеличен. Выбор вектора напряжения V2 немного ускоряет поток и увеличивает его величину.
V6 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть уменьшен, а поток увеличен. Выбор вектора V6 напряжения замедляет поток и, таким образом, прикладывает крутящий момент замедления к ротору при увеличении величины потока.
V5 выбирается, когда электромагнитный крутящий момент должен быть уменьшен, а поток должен оставаться неизменным. При выборе V5 вектор напряжения прикладывает крутящий момент замедления к ротору и немного уменьшает величину потока. Следует отметить, что векторы напряжения V1 и V4 не выбраны в секторе 0. Использование этих двух векторов оказало бы слишком сильное негативное влияние на желаемое значение потока. Наконец, для сохранения неизменными крутящего момента и потока выбирают нулевые векторы напряжения V0 или V7.
Когда вектор связи потока перемещается в сектор 1, выбранные векторы напряжения становятся V4 для случая 1, V3 для случая 2, V1 для случая 3 и V6 для случая 4, и векторы V2 и V5 не используются. Этот 60-градусный сдвиг векторов напряжения происходит каждый раз, когда вектор связи потока входит в новый сектор.
Выполните моделирование и просмотрите формы сигналов на Scope2. Первоначально привязка потока устанавливается равной 0,9 В.с.
При 0,1 с опорная скорость устанавливается равной 1500 об/мин, и двигатель начинает ускоряться. Скорость двигателя точно соответствует опорной скорости, максимальная скорость изменения которой ограничена 1200 об/мин. Уставка 1500 об/мин достигается через 1,35 с.
На 1,5 с к двигателю прикладывается момент нагрузки 500 Н.м. Управление DTC работает для поддержания частоты вращения двигателя на уровне 1500 об/мин.
Через 2 с момент нагрузки уменьшается до 50 Н· м, а через 2,5 с - до 500 об/мин. Обратите внимание на Объем 1, что работа тормозного прерывателя рассеивает кинетическую энергию, производимую двигателем, во избежание перенапряжения на шине постоянного тока. Наконец, через 3,5 с эталонный поток увеличивается с 0,9 до 1,0 В.с.
Если у вас есть Simulink Real-Time и цель Speedgoat, вы можете запустить эту модель в реальном времени.
Откройте окно Параметры конфигурации (Configuration Parameters) (или нажмите Ctrl + E), щелкните Создание кода (Code Generation) и задайте для параметра Системный целевой файл (System target file) значение slrealtime.tlc .
Подключитесь к целевому объекту и на вкладке «Реальное время» нажмите кнопку «Выполнить на целевом объекте».
Модель будет автоматически построена, развернута и выполнена на целевом объекте. В зависимости от целевой пропускной способности потоковой передачи может потребоваться уменьшить количество сигналов, передаваемых в реальном времени с целевого компьютера на хост-компьютер.
1. М. Цирринсионе, М. Пуччи, Г. Витале. Силовые преобразователи и электрические приводы переменного тока с линейными нейронными сетями. Пресса КПР, 2012 год
2. Техническое руководство № 1 Прямое управление крутящим моментом - самая передовая в мире технология привода переменного тока, ABB 2011
3. Т. Вильди, Г. Сибилл. Électrotechnique (4-е издание). Les Presses de l'Université Laval, 2005.