Герман-Галкин С.Г. - Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0 (1057404), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Результаты моделирования системы «в малом» показаны на рис. 5.30 б. Здесь блок АК7, является БггЬЫос1с-ом АКЗ (рис. 5.29), реализоваггггыы по уравнениям (5.37). Результаты моделирования «в большом» показаны на рис. 5.31. При питании АКЗ от автономного инвсртора напряжения не удается синтезировать регуляторы классическим способом вслед- Рис. 5.31.
Переходной процесс по скорости и моменту «в большом» в электроприводе с АИН Асинх онные элект оп иве ы (5.40) и. = (1 „+ и,'; . (5.41) Таблккп 5.2 К„ ('м т1м акхк1ят Рм к (1,, = т,1л + а„х,1„+ КккаЧ' (5,38) 0=-К„т 1 +=Ч', 1 0 = -)ткт„1„+ (а„— Рп)Чтк, (5.39) Компьютерное моделирование полупроводниковых систем отвис того, что в этом случае сильное влияние па динамику сиота мы оказывают перекрестные связи.
6.6. Эпекп1ромаанип1ные процессы в замкнутом асинхронном зпектроприво9е Электромагнитные процессы в замкнутом асинхронном электро. приводе, определяющие его энергетические характеристики, иссяк дуются в установившемся режиме и без учета высокочастотных пульсаций тока, вызванных импульсным характером напряжения на выходе инвсртора (анализ по гладкой составляющей). В этом слу.
час, электромагнитные псрсменныс зависят от закона управления я пс зависят от метода реализации этого закона (скалярного или векторного). Рассмотрим расчет этих характеристик для наиболее распространенного закона с поддержанием постоянного потокосцспления ротора. Анализ удобнее осуществлять во вращающейся системе координат, поскольку все электромагнитные переменные состояния постоянны, а их производные равны нулю. Математическое описание АКЗ в установившемся режиме находится из уравнения (5.22 ) при условиях: ~~,. = 1м = сопкб ~к„ = 1л = солкб гР~„ = Ч'„„ = сопкб Чтет = О, и, = (1, = сопи, и, = 11тн = сопк1: Напомним, что все переменные являются относительными, у'з двух последних уравнений находятся отпоситсльныс значения то ков в осях х, йч Ч' Ч' Ч' Ч' рп) Проекции напряжения на статорс находятся из первых двух уравнений системы (5.38): Ул = — ='.
(I„=(ак11, +)3,— ) — ' тк Чк, т тк Чкг т, КкТк ' ' тк 1ск Максимальное напряжение на статоре: Выражения для определения остальных электромагнитных характеристик помещены в табл.5.2 Алгоритм расчета электромагнитных характеристик включает такую последователыюсть: (м Задается относительная частота о<ох <1, 'с.1 Задается абсолютное скольжение в диапазоне Оьрлр . ! ( к Для каждого значения абсолютного скольжения рассчитыва- ются токи и напряжения по формулам, приведенным вылив. В качестве примера на рис. 5.32 приведены зависимости тока, коэффициента мощности и напряжения на выходе инвертора в фун- кции абсолютного скольжения и относительной частоты, рассчи- танные по приведенным выше выражениям. Аналогичные выражения нс трудно получить и для других законов управления асинхронной машиной.
Важно подчеркнуть, что в асинхронном элсктроприводс закон управлсния влияет на элект- Компьютерное моделирование полупроводниковых систем О.в О.О ал 0.2 -004 -002 0 002 004 0 002 004 Рис. 5.32. Электромагнитные характеристики замкнутого асинхронного злектропривода ромагнитныс процессы и тесно связанныс с ними энергетические характеристики. Это утверждение качественно можно показать пря помощи рис. 5.33.
Рис. 5.33. Механические карактеристики асинхронного алектропривода Через точку «а» проходят четыре механические характеристики элсктроприводов с четырьмя основными законами управления. В этом случае при одной и той жс мощности на валу машины электромагнитные характеристики (токи, напряжение, коэффициент мощности, потери в полупроводниковых элементах и т.
д.) буду~ различны для различных законов. Результаты анализа электромагнитных процессов по «гладкойя составляющей чрезвычайно важно осмыслить с физических позиций. Однако они могут оказаться недостаточными для практическ~ го использования при проектировании электропривода. Это связан ано оты прежде всего с тем, что при анализе не учитывается режим работ" элелтропривода и динамические процессы в полупроводниковь ых элементах при их переключениях. Такая возможность прсдоставл» стоя при использовании виртуальных моделей пакета Йп1пйп1с.
6.'$. Вентипьная мамина Приступая к изучению синхронных электроприводов, необходимо прежде всего отметить, что ветвь синхронных электрических машин наиболее перспективна и в ближайшее время сулит существенный технологический скачок. Такой скачок уже произошел в информационной части электромеханической системы (микропроцессоры, микроконтроллеры„программируемые логические интегральные схемы), такой скачок произошел н в силовой полупроводниковой части электромеханической системы (интеллектуальные, интегральные модули, силовые элементы с новой технологией изготовления). В электромеханике такой скачок, повторим, можно ожидать на пути развития синхронных систем, тогда как ветви, связанные с машинами постоянного тока и асинхронными машинами, следует признать устоявшимися, не сулящими новых технологических прорывов.
Уже сегодня имеются разработки бесконтактных синхронных машин, обладающие улучшенными на порядок массо-габаритными показателями. Эти машины имеют совершенно новую, нетрадиционную конструкцию и очень широкие возможности ~33). Следует коротко остановиться на принципе действия синхронных машин. Основной отличительной особенностью этих машин является то, что поле ротора в них неподвижно относительно ротора и вращается синхронно с ним. В синхронных электромагнитных и магнитоэлектричеснх машинах это собственное поле возбуждения. В синхронных реактивных — это поле, которое пронизывает ротор.
При проектировании электропривода выделение видов синхронных машин связано уже не столько с физическими и конструктивными особенностями самой машины, сколько с особенностями ее применения, со способами ес управления и способами построения систем управления. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем Синх онные влект оп иво ы Машины с электролшгнитпым возбуждением и явно выраженнь, ми полюсами нашли широкое распространение в гидрогснераторах Корме того, они широко используются в судовых и автоыобильны генераторах. Машины с электромагнитным возбуждением с неявно выраженными полюсамп используются в турбогенераторах.
Этн типы машин тесно связаны с энергетикой и практически не используются в электроприводе. Теория этих машин подроб но нзложсна в классических курсах по электрическим машинам Поэтому з дальнейшем изложении они не рассматриваются, Од. пако следует подчеркнуть, что все исследования электроприво. дов (разомкнутых и замкнутых) с магнитоэлсктрическими маши нами автоматически можно распространить на машины электро. магнитные. В машинах магнитоэлектрических деление касается скорей спо. соба управления, нежели принципа работы. Обмотки статора машины могут быть запитаны синусоидальным напряжением (током), квазисинусоидальпым напряжением (током) (ШИМ по синусоидальтюыу закону) и импульсным напряжением (током).
В зависимости от этого различаются: (3 Шаговые двигатели. В них обмотки статора запитываются импульсным напряжением (током). От каждого импульсв ротор двигателя совершает шаг — поворот на определен. ный угол. Шаговый двигатель — это уже синхронный двигатель вместе с полупроводниковым преобразователем. Его характеристики зависят от способа построения и ув равления этого преобразователя.
Шаговые двигатели на шли широкое распространение в системах электроавтома. тики, управляемых по радиоканалу, а также в цифровых системах управления. 0 Бесконтактныс машины постоянного тока (БМПТ) и ве" тильные машины (ВМ) — это синхронный двигатель в замкнутой систсмс (рис. 6.!), Реализованной с использова нисм датчика положения ротора (ДПР), преобразоват теяя координат (ПК) и силового полупроводникового преобр б азователя (СПП). Разница между БМПТ и ВМ заключается только в способе ф е жор ового мировапия напряжения на выходе силового полупроводнико преобразователя.
рис. б.1. Функциональная схема БМПТ и ВМ В первом случае формируется импульсное напряжение (ток) на обмотках машины. Во втором случае на выходе СПП формируется синусоидальное или квазисинусоидальное напряжение (ток). Следует заметить, что БМПТ отличаются от шаговых машин тем, что включены в замкнутую систему формирования напряжения. В них напряжение формируется в зависимости от положения ротора, и это является их принципиальным отличием от шатовых, в которых положение ротора зависит от числа управляющих импульсов.
Особняком в ряду синхронных машин стоят гистерезисные и реактивные двигатели. Эти машины редко используются в электро- приводе. Из всех рассмотренных типов синхронных машин в управляемых системах наиболее перспективными считаются вентильные машины. Принцип управления вентильной машиной поясняет рис. 6.2. Датчик положения ротора (ДПР), преобразователь координат (ПК) и силовой полупроводниковый преобразователь (СПП) совместно формируют на обмотках статора машины напряжения и„,и„н та- ~ ~ ким образом, чтобы результирующий вектор напряжения й всегда был сдвинут на угол В и неподвижен относительно оси магнитно- Я го поля ротора (рис.
6.2). В этом случае и результируюший вектор Я тока будет сдвинут и неподвижен относительно потока ротора (Фв ), что и создает момент на валу машины. Сини онные злект оп иво ы где Чт„=1„1„+ Ф,совоэт, Ч'о = 2,о1о+ Фосса(тот-120), Чтс = 2 с'с + Фо сов(ох+120) . Й/7, и5 =11А+ Ж (6.2) Чтз = ~А + Фо е' ' = 1Д + Ф„ (6.3) с 7 — "' =М вЂ” Мн ~ю (6.4) Рис. 6.2. Физическая модель ВМ иоол» и =Н!+ — ", л лл и,=Щ+ —, отл ла (63) и,=я(+ Нкт, Иг Компьютерное моделирование полулроводниковых систем Ось магнитного поля ротора в синхронной машине принято обо значать И, а перпендикулярную ось — буквой о (рис.
6.2). При авали зе машины ось Ы считается вещественной осью, а ось о — мнимой 6.2. Математическое описание вентипьной машины Математическое описание вентильной машины реализуется аиа. логично асинхронной машине. Уравнения равновесия эдс на обмотках статора в неподвижнов системе координат базируется на втором законе Кирхгофа (ротор не имеет обмоток). Для преобразования уравнений в мгновенных значениях к уравнениям в пространственных векторах умножим первое уравнение 2' 2 на —, второе — на -и, третье — на — и и сложим тогда полу 3 3 й учим: где 1~ — индуктивность статора, Ч7к — потокосцепление статора в неподвижной системе координат. Электромагнитный момент, развиваемый машиной, равен: М = — р тес((Что хь) = — р*тот1(Фох~ ) — 3 Уравнение равновесия моментов на валу машины то где Ф = —, р — число пар полюсов.
р в.з. ° 3. Мояепь вентипьной машины ® непоявижной системе кооряинат Уравнения машины в неподвижной системе координат находятся на основании уравнений (6,1-6.4) с учетом того, что — =0: Йт Синх онные элект оп иве ы Г!55 из =Лзьз+!5 ! 0~ — '!55а сов(ЙИ + — ) = ! +Т вЂ” — ияпй! 5а 5 М р *пшг!(Фь х 15 ) 2 (6.5) л -Ньр яп(вз! + — ) = ! +Т вЂ” +йсозвз! Ь!Ша, .! — "' =М вЂ” Мв. г(г (6,8) Ш = (Ькрсозш! — Ьза зш ОИ), —, Ь!Гоа 7„,: = П1 — >75в Ь!! г!ь„ ива = )1555а + Т5 сзФор, Ь!55 р изр = пз!5р + (5 +О'Фьа Ь(! ! Ь = —, ! — — ОЗь !'5 Ьй= —,ЬБ= —, Т = 5 Ь Ь '~5 — з'гвь' Т, = —,!=аз!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
