Two-Quadrant Chopper DC Drive

Реализуйте привод постоянного тока с двумя квадрантами (топология преобразователя buck-boost)

Описание

Блок Two-Quadrant Chopper DC Drive (DC6) представляет привод с двумя квадрантами, питаемый постоянным током, прерыватель (или преобразователь ШИМ постоянного тока) для двигателей постоянного тока. Этот привод имеет регулирование скорости с обратной связью с двумя квадрантными операциями. Цикл управления скорости выводит опорный ток якоря машины. Используя токовый контроллер PI, выводится коэффициент заполнения прерывателя, соответствующий командному току якоря. Затем этот коэффициент заполнения сравнивают с сигналом несущей пилообразного материала для получения необходимых сигналов ШИМ для измельчителя.

Основными преимуществами этого привода по сравнению с другими приводами постоянного тока являются простота его реализации и то, что он может работать в двух квадрантах (передний двигатель и обратная регенерация). В сложение, за счёт использования высокочастотных преобразователей постоянного тока с постоянным током, получается более низкая пульсация тока якоря (по сравнению с приводами постоянного тока на основе тиристора). Однако для всех 2D квадрантных приводов DC, обратимые и регенеративные операции (реверс двигателя и прямая регенерация), которые требуются в большинстве приводов DC, не могут быть получены.

Примечание

В Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems блок Two-Quadrant Chopper DC Drive обычно называется DC6 привода мотора.

Блок Two-Quadrant Chopper DC Drive использует эти блоки из библиотеки Electric Drives/Fundamental Drive Blocks:

Контроллер скорости (DC)
Переключатель регулирования
Вертолет

Замечания

Машина отдельно возбуждается постоянным источником напряжения постоянного тока. Таким образом, нет управления напряжением возбуждения. По умолчанию ток поля устанавливается на его установившееся значение, когда симуляция запускается.

Напряжение якоря обеспечивается усилителем IGBT, управляемым двумя регуляторами PI. Преобразователь питается от постоянного источника напряжения. Токи якоря колебания уменьшаются сглаживающей индуктивностью, соединенной последовательно со схемой якоря.

Модель дискретная. Хорошие результаты симуляции были получены с временным шагом 1 мкс. В порядок симуляции устройства цифрового контроллера система управления имеет два разных времени дискретизации:

Время дискретизации контроллера скорости
Время дискретизации токового контроллера

Время дискретизации контроллера скорости должно быть кратным времени дискретизации тока. Последнее время дискретизации должно быть кратным временному шагу симуляции.

Общая информация

Output bus mode

Выберите способ организации выходных переменных. Если вы выбираете Multiple output busesблок имеет три отдельных выходных шины для переменных двигателя, конвертера и контроллера. Если вы выбираете Single output bus, все переменные выводятся на одну шину.

Model detail level

Выберите между подробным и средним инвертором. По умолчанию это Detailed.

Mechanical input

Выберите в качестве механического входа между крутящим моментом нагрузки, скоростью двигателя и портом механического вращения. По умолчанию это Torque Tm.

Если вы выбираете и прикладываете крутящий момент нагрузки, выходом является скорость двигателя согласно следующему дифференциальному уравнению, которое описывает динамику механической системы:

$T_{e} = J \frac{d}{d t} ω_{r} + F ω_{r} + T_{m}$

Эта механическая система включена в модель электродвигателя.

Если вы выбираете скорость двигателя как механический вход, тогда вы получаете электромагнитный крутящий момент как выход, позволяя вам представлять внешне динамику механической системы. Внутренняя механическая система не используется с этим выбором механического входа, и параметры инерции и вязкого трения не отображаются.

Для механического вращательного порта порт S соединения отсчитывает механический вход и выход. Это позволяет прямое соединение со окружением Simscape. Механическая система двигателя также включена в привод и основана на том же дифференциальном уравнении.

См. «Механическое сцепление двух приводов с двигателем».

Use signal names as labels

Когда вы устанавливаете этот флажок, Motor, Conv, и Ctrl выходы измерения используют имена сигналов для идентификации меток шины. Выберите эту опцию для приложений, которые требуют, чтобы метки сигналов шины имели только алфавитно-цифровые символы.

Когда этот флажок снят (по умолчанию), выход измерения использует определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми Simulink^® приложения.

Вкладка машины постоянного тока

На вкладке DC Machine отображаются параметры блока DC Machine библиотеки Fundamental Blocks (powerlib).

Вкладка Конвертера

Сглаживание сечения контура индуктивности и возбуждения

Smoothing inductance: Значение индуктивности сглаживания (H). По умолчанию это 10e-3.
Field DC source: Значение напряжения возбуждения двигателя постоянного тока (V). По умолчанию это 150.

Секция IGBT/диодного устройства

В IGBT/Diode device разделе вкладки Converter отображаются параметры блока Universal Bridge библиотеки Fundamental Blocks (powerlib). Для получения дополнительной информации о параметрах блоков Universal Bridge см. страницу с описанием «Универсальный мост».

Вкладка Контроллер

Regulation type: Это всплывающее меню позволяет вам выбирать между скоростью и регулированием крутящего момента. По умолчанию это Speed regulation.
Schematic: При нажатии этой кнопки появляется схема, иллюстрирующая скорость и токовые контроллеры схемы.

Вкладка Controller - Speed Controller (Подвкладка скорости)

Nominal speed: Номинальное значение скорости двигателя постоянного тока (об/мин). Это значение используется для преобразования скорости двигателя с об/мин на pu (на модуль). По умолчанию это 1750.
Initial speed reference: Начальная ссылка (об/мин). Это значение позволяет пользователю начать симуляцию со ссылкой, отличной от 0 об/мин. По умолчанию это 0.
Low-pass filter cutoff frequency: Частота отключения lowpass, используемого для фильтрации измерения скорости двигателя (Гц). По умолчанию это 40.
Sampling time: Время (ы) дискретизации контроллера скорости. Это время дискретизации должно быть кратным времени дискретизации токового контроллера и времени симуляции. По умолчанию это 100e-6.
Proportional gain: Скорость ПИ- пропорциональная составляющая контроллера. По умолчанию это 10.
Integral gain: Скорость ПИ- интегральная составляющая контроллера. По умолчанию это 50.
Acceleration: Максимальное изменение скорости, допустимое во время ускорения мотора (об/мин/с). Слишком большое значение может вызвать перегрузку якоря по току. По умолчанию это 1000.
Deceleration: Максимальное изменение скорости, допустимое во время замедления двигателя (об/мин/с). Слишком большое значение может вызвать перегрузку якоря по току. По умолчанию это -1000.

Контроллер - Токовый контроллер Подвкладки

Частота отключения низкочастотного фильтра: Частота отключения lowpass, используемая для фильтрации измерения тока якоря (Гц). По умолчанию это 500.
Reference limit: Симметричный предел опорного тока (pu) около 0 pu. 1,5 pu является общим значением. Следует иметь в виду, что нижний предел автоматически уменьшается для низких скоростей (см. Описание контроллера скорости). По умолчанию это 1.5.
PWM switching frequency: Частота переключения двух устройств IGBT (Гц). По умолчанию это 5e3.
Sampling time: Время (ы) дискретизации токового контроллера. Это время дискретизации должно быть подмножеством времени дискретизации контроллера скорости и кратным шагу времени симуляции. По умолчанию это 20e-6.
Power and Voltage nominal values: Номинальная степень двигателя постоянного тока (W) и значение напряжения (V). Эти значения используются для преобразования тока якоря из амперов в pu (на модуль). По умолчанию для Power задано 200*746. По умолчанию для Voltage задано 440.
Proportional gain: Пропорциональная составляющая ПИ- токовый контроллер. По умолчанию это 2.
Integral gain: Интегральная составляющая ПИ- токовый контроллер. По умолчанию это 200.

Блочные входы и выходы

SP: Скорость или крутящий момент точки. Уставка скорости может быть функцией шага, но скорость изменения скорости будет следовать за шагами ускорения/замедления. Если крутящий момент нагрузки и скорость имеют противоположные знаки, ускоряющий крутящий момент будет суммой электромагнитных и крутящих моментов нагрузки.
Tm или Wm: Механический вход: крутящий момент нагрузки (Tm) или скорость двигателя (Wm). Для механического вращательного порта (S) этот вход удаляется.
Vcc, Gnd: Электрические соединения источника постоянного напряжения. Напряжение должно быть достаточным для размера мотора.
Wm, Te или S: Механический выход: скорость двигателя (Wm), электромагнитный крутящий момент (Te) или механический вращательный порт (S).

Когда параметр Output bus mode установлен в Multiple output buses, блок имеет следующие три выхода шины:

Motor

Вектор измерения двигателя. Этот вектор состоит из двух элементов:

Напряжение якоря
Вектор измерения двигателя постоянного тока (содержащий значения скорости, тока якоря, тока возбуждения и электромагнитного крутящего момента). Обратите внимание, что сигнал скорости преобразуется из рад/с в об/мин перед выводом.

Conv

Вектор измерения устройства IGBT/Diode. Этот вектор включает выходное напряжение конвертера. Выходной ток не включен, так как он равен току якоря двигателя постоянного тока. Обратите внимание, что все значения тока и напряжения конвертера могут быть визуализированы блоком мультиметра.

Ctrl

Вектор измерения контроллера. Этот вектор содержит:

Ток якоря ссылки
Коэффициент заполнения импульсов ШИМ
Ошибка скорости или крутящего момента (различие между ссылкой скорости и фактической скоростью или между ссылкой крутящего момента и фактическим крутящим моментом)
Скорость ссылки наклон или крутящий момент ссылки

Когда параметр Output bus mode установлен в Single output bus, блок группирует выходы Motor, Conv и Ctrl в одну шину выхода.

Спецификации модели

Библиотека содержит набор параметров 5 л.с. и 200 л.с. Спецификации этих двух дисков показаны в следующей таблице.

5 Спецификации приводов HP и 200 HP

		Привод 5 HP	Привод 200 HP
Напряжение Входа привода
	Амплитуда	280 В	550 В
Номинальные значения двигателя
	Степень	5 л.с.	200 л.с.
	Скорость	1750 об/мин	1750 об/мин
	Напряжение	240 В	500 В

Примеры

The dc6_example иллюстрирует дисковод с двумя квадрантами, используемый с приводом с набором параметров 200 л.с. во время регулирования скорости.

Ссылки

[1] Boldea, Ion, and S.A. Nasar, Electric Drives, CRC Press LLC, 1999.

[2] Séguier, Guy, Electronique de puissance, Dunod, 1999.

Введенный в R2006a

Документация