Герман-Галкин С.Г. - Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0 (1057404), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Рассмотрнл~ эту специфику. 1.Пи р управлении от силового полупроводникового преобразователя обь ютки электродвигателя запиттлваются импульсным нап яжением. При этом токи в обмотках также пульсируют. Импульсный характер напряжения и пульсация тока вызывают дополнительные 1 потери в двигателе, которые необходимо учитывать при анализе энергетических характеристик. 2. Силовые элементы преобразователя (диоды, тиристоры, транзисторы) не являются идеальными ключами. Поэтому в режил~ах, когда они проводят ток (для транзисторов это режим насьпцения), на них рассеивается определенная лющность.
Эта мощность, которую называют квазистатической (6, 7), зависит от среднего и эффективного (действующего) тока и от параметров полупроводникового прибора в режиме протекания прямого тока. На рис 2.18 в качестве примера приведена характеристика диода для прямого тока и показаны его два основных параметра: (4 — остаточное напряжение на диоде в режиме протекания прямого тока и тх = — — динамическое сопроЛ1 тнвлснне диода в режиме прямого тока. Квазистатичсскис потери в диоде определяются из выражения: Аналоги огично определяются квазистатичсскис потери в тиристоре и транзисторе.
Квазистатические потери в силовом полупроводниковом преобразователе зависят прежде всего от мощности на выходе, но кроме того они с ущсственно зависят от алгоритма управления преобразователем, от ст труктуры замкнутого электропривода и от его парамст- Основы злект оп иво а [2.13) Компьютерное моделирование полупроводниковых систем ров. Все эти обстоятельства необходимо учитывать при анализе энергетических характеристик. Такой учет возможен только в том случае, когда квазистатичсскис потери рассчитываются после син. теза элсктропривода. 3.
Кроме квазистатических потерь в полупроводниковых элемеи. тах преобразователя при переключениях выделяются значительные потери, которые называю~ динамическими [21, 23, 27). В качестве примера на рис. 2.19 показаны пути протекания то. ков, вызывающих потери в транзисторе при включении. В электро. приводах транзистор нагружен на активно-индуктивную нагрузку с противо-эдс. В паузе между импульсами, когда транзистор закрыт, ток, поддержанный индуктивностью нагрузки (иногда и эдс), замы.
кается через диод. При включении транзистора диод закрывается не сразу,и неко. торос время ток протекает в практически короткозамкнутой цепи. Качественные кривые тока транзистора и напряжения на транзисторе в процессе коммутации показаны на рис. 2.19. Мощность, выде. лясмая в транзисторе в период коммутации, являясь произведением напряжения на ток, может оказаться значительной. Аналогичны картина наблюдается и при выключении транзистора. Динамические потери в полупроводниковых элементах силовых преобразователей зависят от частоты переключения и от парамст- Рис. 2.18. Статическая характеристика Рио. 2.19.
Динамические процессы диода в режиме протекания переключения в транзисторном прямого тока преобразователе ров самих приборов. В современных элсктроприводах переменного тока, например, где частота переключений составляет десятки (от пяти до пятидесяти килогсрц), динамические потери могут в дватри раза превысить потери квазистатические.
Таким образом, при анализе энергетических характеристик необходимо учитывать динамические потери в силовом преобразователе. 4. Включение полупроводникового преобразователя между источником питания и двигателем обуславливает влияние преобразо- [ вателя на источник. Если источником питания является сеть переменного тока, то это влияние проявляется в искажении формы по- 4 требляемого тока, то есть в появлении гармоник в потребляемом токе.
Эти гармоники существенно влияют на питающую сеть, приводя ко многим нежелательным последствиям. Поэтому при анали- $ зе энергетических характеристик электропривода необходимо ис- И следование гармонического состава потребляемого тока. Четыре перечисленные особенности, влияющие на энергетические характеристики электропривода, необходимо учитывать при анализе и проектировании. 2.6.3.
Яинамнческие харакпзернсгпики В качестве динамических характеристик обычно рассматриваются зависимости изменения скорости от времени на выходе ЭП при скачкообразном изменении входного задающего сигнала (характеристики по управлению) и прн скачкообразном изменении момента нагрузки (характеристика по возмущению). На рис. 2.20 в качестве примера показана динамическая характеристика ЭП по управлению. В качестве параметра в динамических режимах рассматривается электромеханическая постоянная времени [28) — это время, в течение которого ЭП разгоняется от неподвижного состояния до скорости идеального холостого хода под действием неизменного момента, равного моменту короткого замыкания (пускового момента). В этом случае, интегрируя основное уравнение движения, получим: тощ 1 "г' 2 — =М с)та= — ~ М т11 Т = — щ В динамическом режиме качество электропривода характеризуется следующими параметрами (см.
рис. 2.20): Основы алект оп иве а Выходная величина Рис. 2.21. Структура схемы подчиненного алектропривода Компьютерное моделирование полупроводниковых систем ! 1 временем первого согласования г„ !э перерегулироваиием о,%; 1.) временем переходного процесса гл, Рис. 2.20. Параметры переходного процесса в алектроприводе 2.7. Принцияы нестроения систем автоматизированноао епектрояривояа Требования высокой точности регулирования и высокого быстродействия, которые предъявляются к современному элсктроприводу, обуславливают применение замкнутых сне~ем.
Только замкиутыс системы позволяют осуществить реализацию в электроприводе двух основных принципов: 1. Регулируемая величина на выходс элсктропривода (скорость, угол, момент и т. д.) должна по возможности точней повторять задающий (входной) сигнал, 2. Регулируемая величина иа выходе электропривода по возможности ие должна зависеть от возмущающих воздействий иа электропривод. Такими возмущающими воздействиями могут быть иа.
пряжеиис питания, температура, момент нагрузки, временные зави. симости параметров и т. д. Поэтому осиовпым принципом управления является принцип обратной связи, позволяющий осуществить контроль качества рогу пирования по отклонению управляемого параметра от заданного Каждый элемент функциональной схемы электропривода описывается в статикс и динамике передаточной функцией. В элсктропрпводс в основном применяются три структуры построения 1!5, 281: 1.
С промежуточным суммирующим элементом; 2. С независимым регулированием параметров; 3. С подчиненным регулированием. Из всех перечисленных способов построения преимущественное яе распространение получили системы с подчиненным регулировали- Г елк В иих иа вход каждого регулятора И'гч(к) — И'и,1а) подается сигнал с предыдущего каскада (рис. 2.21), соответствующий задавас- к мому уровню регулируемой величины, и сигнал с выхода данного каскада, отвечающий фактическому уровню. Важным достоииствол~ у данной структуры является возможность простыми средствами осу- ф ществить ограничение любой из координат системы.
Для этого достаточно ограничить задание данной координаты, Рассмотрим последовательный синтез рсгуляторов, начиная с внутреннего контура, который принимаем за первый. Псредато шая функция регулятора подбирается так, чтобы при его включении послсдовательно с соответствующим звеном системы И',(з) — И'„(з) была скомпсисироваиа большая постоянная времени Т и взальси сс действовала существенно л~еиьшая постоянная времени Т,.
В системах подчиненного регулирования используются регуляторы четырех типов: пРопоРциоиальныс (П) с пеРедаточной фУнкцией И'„1з) =кл; ° интегральные (И), И',(з) =— 1 хн Тз х Основы злект оп иво а торов соответственно. б) равен 20. Игм(з) ) л. Ирисы(з) и )оп оз (2 15) 1+Т 1 Т Им(з) + = +)"и Тою Тоз То Компьютерное моделирование полупроводниковых систем ° пропорционально-интегральные (ПИ), !+Та 1 Т, к„ И'„(з)= = — + — ~ = = + кп,' Тоз Тоз То ° пропорционально-интегро-дифферснцнальные (ПИД), (1+ Та)(!+Та) 1 Т, +Т, ТТ к„ И(з), + + о + кп+ «кз. То Р Тот То То В приведенных выше выражениях: Т,+Т, Т,+Т, к„= —, к„= ' ', йл —— --' — '- — коэффициенты усиления интегрального, пропорциональйого н дифференциального регуля- Рассмотрим последовательность синтеза регуляторов в подчиненных системах электропривода.
Для первого контура результирующее эквивалентное звено, состоящее из исходного звена с передаточной функцией И',(а) и регулятора с передаточной функцией И'в,(з), всегда можно привести к 1 интегРиРУющсмУ, с пеРсдаточной фУнкцией Иг„ьы(з) =, то есть регулятор всегда должен быть построен так, чтобы ! Игь ы (з) И~ (з)И ю (з) 1 (2.14) То 5 Если в основной цепи имеется интегрирующее звено 1 14т,(к) = —, то регулятор должен быть пропорциональным, причем Тз где Т = —; при й — о ° постоянная времени Т„может иметь Т лю' о „л бое малое значение.
После создания замкнутого контура, его пс редаточная функция будет соответствовать апериодичсскольу зве ! 1 То~ алов постоянной времени Т,з Рис 2.22. Модель (а) и результаты моделирования (б) интегрирующего звена с регулятором На рис. 2.22 а представлены две модели, в которых система представлена передаточной функцией интегрирующего звена 1 Ит(з) = †. В первой модели ре~улятором является усилитель с 1Оз коэффициентом усиления 100, во второй — коэффициент усиления Результаты моделирования переходного процесса (рис. 2.22 б) показывают, что вторая модель обладает большей постоянной времени. Это подтверждает вышеприведенные теоретические выводы.
Если исходное звено является апериодическим с передаточной 1 функцией "К(а) =, то регулятор должен иметь передаточную 1+Та функцию соответствующую ПИ-регулятору Основы злект оп иве а) 1 )Угхзз(в) = — ' И'ми|(в) =- в) 1 Компьютерное моделирование полупроводниковых систем ! !+Та ! Тогда Итеез,(з) = ' = —, или после охвата обратнои 1+™ 'Тзз ТОЮ ' 1 связью опять получим: !У, (з) = —. 1+Т Рис. 2.23. Модель (а), окно настройки (б) фу~1! и Результаты моделирования (в) Щ~ апериодического звена с регулятором На рис.
2.23 а представлены две модели. В первой модели реализовано исходное аппсриодичсскос звено с передаточной функци- 1 ей )У,(к) = ', . Во второй модели реализован замкнутый контур 0,5з+! с ПИ регулятором, параметры которого видны в окне настройки (рис. 2.23 б). Результаты моделирования переходною процесса, по-. казанные на рис. 2.23 в, полностью подтверждают теоретические положения, изложенные выше. Если исходная система представляет собой колебательное звено 1 с передаточнои функцией И,(в) = , то в соответствии Т в +2Тгв+! с изложенным подходом регулятор должен быть ПИД-рсгулятором с передаточной функцией Т'з'+2Т~з+1 Т 27~ ! кн И,,(.) = в+ + =клз+кл+ Тв Тз Т, Таз я В этом случае псрсдаточные функции разомкнутой и замкнутой системы примут вид: Модель и результаты моделирования для этого случая представлснны на рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
