Диссертация (Энергоэффективное прямое управление моментом асинхронных тяговых электродвигателей), страница 11

Фазовая плоскость(рисунок 3.5) разбивается на шесть секторов, в каждом из которых существуетопределенный вектор напряжения необходимый для реализации любой возможнойкомбинации значений ошибок момента и потокосцепления статора [70, 74, 75].Ошибки по моменту и потокосцеплению статора изменяют выходные сигналырелейных регуляторов электромагнитного момента и потокосцепления статорасоответственно.

Данные величины определяют строки таблицы переключений.Столбцами же в таблице переключений являются номера секторов фазовойплоскости.Варианттаблицыпереключенийстрехпозиционнымрелеэлектромагнитного момента и двухпозиционным реле потокосцепления статораявляется наиболее распространенным [2, 103, 104].71Таблица 3.1Таблица переключений ключей АИН в зависимостиот комбинации значений ошибок по моменту (∆М), потокосцеплению статора (∆ψS)и требуемого сектора фазовой плоскостиΔψS↑↓ΔMСекторIIIIVIII↑−−−−V−VI−U2U3U4U5U6U10−−−−−−U7U0U7U0U7U0↓−−−−−−U6U1U2U3U4U5↑−−−−−−U3U4U5U6U2U20−−−−−−U0U7U0U7U0U7↓−−−−−−U5U6U1U2U3U4Алгоритм заполнения таблицы вытекает из нижеописанных условийизменения электромагнитного момента и потокосцепления статора в системепрямого управления моментом асинхронного двигателя:1) при положении, когда два релейных регулятора на выходе даютположительное значение (при меньших сигналах обратной связи, чем величиназадания каждой из контролируемых переменных в системе управления), в таблицепереключений (таблица 3.1) данное положение отображено стрелками вверх,необходимо результирующий вектор напряжения переместить по направлениювращения вектора потокосцепления статора на один шаг по фазовой плоскости(рисунок 3.5);2) при положении, когда регулятор момента двигателя на выходе выдаетотрицательное значение, а регулятор потокосцепления статора – положительное(при сигнале обратной связи по моменту больше сигнала задания момента исигнале обратной связи по потокосцеплению статора меньше задания), в таблицепереключений данное положение отображено стрелкой вверх на ∆ψS и стрелкой72вниз на ∆М, необходимо результирующий вектор напряжения переместить противнаправления вращения вектора потокосцепления статора на один шаг по фазовойплоскости;3) при положении, когда регулятор момента двигателя на выходе выдаетположительное значение, а регулятор потокосцепления статора – отрицательное(при сигнале обратной связи по моменту меньше сигнала задания момента исигнале обратной связи по потокосцеплению статора больше задания), в таблицепереключений данное положение отображено стрелкой вниз на ∆ψS и стрелкойвверх на ∆М, необходимо результирующий вектор напряжения переместить понаправлению вращения вектора потокосцепления статора на два шага по фазовойплоскости;4) при положении, когда два релейных регулятора на выходе даютотрицательное значение (при бόльших сигналах обратной связи чем величиназадания каждой из контролируемых переменных в системе управления), в таблицепереключений данное положение отображено стрелками вниз, необходиморезультирующий вектор напряжения переместить против направления вращениявектора потокосцепления статора на два шага по фазовой плоскости;5) при положении, когда регулятор момента электродвигателя на выходе даетнулевое значение (при сигнале обратной связи по моменту равном величинезадания), в таблице данное положение отображено нулем, результирующий векторавтономного инвертора напряжения примет какое-либо из двух нулевых значенийU0 или U7, учитывая, какие из вентилей (катодной или анодной группы) находятсяво включенном состоянии.

Данное пассивное состояние системы прямогоуправления моментом означает, что система находится в режиме ожидания и приполучении нового состояния релейного регулятора электромагнитного моментареализует переключение на необходимы вектор напряжения инвертора. В связи счем достигается снижение частоты пульсаций момента двигателя и значительноповышается устойчивость работы системы прямого управления моментом [2, 103,104].73По данной методике формируются коммутационные функции, которыеявляются управляющими сигналами для драйверов силовых ключей автономногоинвертора напряжения. Таблица переключений позволяет подбирать оптимальнуюкомбинацию ключей АИН на каждом цикле его работы, тем самым осуществляяжелаемое регулирование момента асинхронного двигателя, а также величины егостаторного потокосцепления.

В результате реализуется процесс регулированиямомента и потокосцепления асинхронного двигателя по требуемым заданнымзначениям,обеспечиваявращениевекторапотокосцеплениястатораснеобходимой частотой.Зависимость состояния силовых ключей автономного инвертора напряжения отсформированного по таблице переключений (таблица 3.1) вектора напряжения можнопредставить в виде таблицы (таблица 3.2). Коммутационная функция каждой фазынапряжения равна 0 либо 1 в зависимости от состояния ключей автономногоинвертора напряжения «закрыт» или «открыт» соответственно.Выходное линейное напряжение АИН между каждой фазой можно определитьпо следующим выражениям:u ab = U CФ [ S a ( t ) − S b ( t )]ubc = U CФ [ S b ( t ) − S c ( t )](3.5)uca = U CФ [ S c ( t ) − S a ( t )]где U CФ - амплитуда напряжения после блока выпрямителя и емкостного фильтра.Фазное напряжение определяется следующим образом (когда обмотки статораасинхронного двигателя соединены по схеме «звезда»):2uab + ubc;3u − uab;ub = bc3− uab − 2ubcuc =.3ua =(3.6)74Таблица 3.2Таблица описывающая зависимость значения коммутационной функции каждойфазы напряжения и силовых ключей АИН от выбранного вектора напряжения−U k (t )−U0−U1−U2−U3−U4−U5−U6−U7S a (t )S b (t )S c (t )Закр.

Откр. Закр. Откр. Закр. Откр.000Откр. Закр.100Sw1Sw2Sw3Sw4Sw5Sw6Закр. Откр. Закр. Откр.Откр. Закр. Откр. Закр.Закр. Откр.110Закр. Откр. Откр. Закр.Закр. Откр.010Закр. Откр. Откр. Закр. Откр. Закр.011Закр. Откр. Закр. Откр. Откр. Закр.001Откр. Закр.Закр. Откр. Откр.

Закр.101Откр. Закр. Откр. Закр. Откр. Закр.111На основании таблицы (3.2) и по выражениям (3.5) и (3.6) сформированатаблица выходных значений (таблица 3.3) фазного и линейного напряжения принапряжении промежуточного звена равном 1 (UCф=1).Таблица 3.3Выходные значения фазного и линейного напряжения при напряжениипромежуточного звена UCф=1 для всех возможных состояний управляющеговектора напряжения АИН−U k (t )−U0−U1−U2−U3−U4−U5−U6−U7uaubucu abu bcu ca0000002/3-1/3-1/310-11/31/3-2/301-1-1/32/3-1/3-110-2/31/31/3-101-1/3-1/32/30-111/3-2/31/31-1000000075Реальные мгновенные значения фазных напряжений получаются путемумножения значения величины напряжения в промежуточном звене постоянноготока на значение коэффициентов фазных напряжений из таблицы 3.3. Таблицапереключений (таблица 3.1) может быть реализована различными способами приматематическом моделировании.

При выполнении моделирования в данной работеиспользовался программный комплекс Matlab его основная библиотека Simulink.Алгоритм формирования состояния силовых ключей автономного инверторанапряжения может быть реализован с помощью готовых блоков имеющихся вбиблиотеке Simulink программного комплекса Matlab (рисунок 3.6) [7, 8].Учитывая знак выходного сигнала регулятора потокосцепления статора dΨS, спомощью бока двухпозиционного ключа Multiport Switch1 определяется какаячасть таблицы переключений ключей АИН будет использоваться (либо верхняячасть при положительном значении ∆ψS, тогда используется верхний (Look-UpTable (2-D)1) либо нижняя часть при отрицательном значении ∆ψS, тогдаиспользуется нижний (Look-Up Table (2-D)2).

Также необходимо определитьконкретно какую строку в таблице переключений будем использовать далее дляопределения вектора напряжения АИН, что реализуется путем вычислениявыходного сигнала регулятора момента dM. Далее, сравнивая полученное значениерегулятора момента и вычисленный по адаптивной модели текущий сектор Ncвектора потокосцепления статора асинхронного двигателя (либо в блоке Look-UpTable (2-D)1 либо в блоке Look-Up Table (2-D)1, что определяется по выходномузначению регулятора потокосцепления статора), можно определить требуемыйвектор (0…7) выходного напряжения АИН (таблица 3.1).

После чего при помощивосьмипозиционного ключа Multiport Switch2 по ранее вычисленному векторунапряжения, а конкретно его номеру (1…8) определяется состояние шести силовыхключей автономного инвертора напряжения, где 0 – это закрытое состояние ключаАИН «Закр», а 1 – это открытое состояние ключа АИН «Откр» (таблица 3.2).76Рисунок 3.6 Структурная схема подсистемы в ПК Matlab, реализующей функцииблока таблицы переключенийКонтроль фазовогосектора, в котором находится текущийвекторпотокосцепления статора, необходим для определения столбцов таблицыпереключений (таблица 3.1). Данный контроль фазового сектора позволяетполучать опосредованную информацию о вращающемся магнитном поле АД.Также контроль фазовых секторов в системе прямого управления моментомасинхронным двигателем позволяет согласовать её непрерывную и дискретнуючасти.