Текст ПЗ ВКР (1221353), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

- OrCAD PCB Editor/Designer – редактор/создатель топологий печатных плат;

- OrCAD PSpice – полнофункциональное моделирование аналоговых устройств;

- OrCAD PSpice AD – полнофункциональное моделирование смешанных аналого-цифровых устройств;

- PSpice Optimizer – параметрическая оптимизация;

- OrCAD Model Editor – редактор компонентов моделей.

Электрическую схему в программе OrCAD Capture наиболее просто описывать графическими элементами с помощью библиотечных компонентов, параметры которых могут быть изменены в соответствии с требованиями моделирования. После задания параметров моделирования и создания схемы производится расчет, для этого из оболочки Capture запускается программа OrCAD PSpice [16].

2.2 Компьютерная модель системы «автономный инвертор напряжения – двигатель» для двухуровневого инвертора напряжения

Систем, как единое целое, является сложной для рассмотрения, поэтому необходимо упростить компьютерную модель данной системы, разделив ее на следующие составляющие:

- модель системы управления;

- модель силовой схемы;

- модель двигателя;

- модель системы измерения электрических параметров двигателя.

Каждый пункт будет рассмотрен подробно.

2.2.1 Компьютерная модель системы управления с широтно-импульсной модуляцией для двухуровневого инвертора напряжения

Совокупность устройств, предназначенных для изменения режима работы тяговых электродвигателей, называется системой управления ЭПС (СУ ЭПС).

Имеется две основных функции СУ ЭПС. Первой основной функцией СУ ЭПС является регулирование режима работы тяговой электрической машины (ТЭМ) с целью обеспечения движения поездов в соответствии с расписанием. Второй основной функцией СУ ЭПС является преобразование напряжения контактной сети и рода тока в ней (частота fc) в напряжение и род тока, необходимый для питания тяговой электрической машины [1].

Система управления компьютерной системы «АИН – двигатель» двухуровневого инвертора напряжения состоит из двух подсистем: задающей режимы (рисунок 2.1) и управляющей ключами (рисунок 2.2).

Часть системы управления, задающая режимы, представлена следующими элементами:

- V409 – создает модулирующее напряжение (пилообразное), которое определяет фазу и частоту выходного напряжения АИН;

- V422, V423, V424 – создают модулирующее напряжение (синусоидальное), которое определяет фазу и частоту выходного напряжения АИН;

- R1604–R161 – резисторы.

- E9–Е11 – компаратор.

Параметры, выше описанных элементов и их значения, указаны на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 – Часть системы управления двухуровневого АИН задающая режимы, выполненная в программе OrCAD Capture

Часть системы управления, задающая режимы, имеет ряд атрибутов: DC – постоянная составляющая напряжения; AC – амплитуда напряжения, при анализе в частотной области; V1 – минимальное напряжение; V2 – максимальное напряжение; TD – задержка; TR – длительность переднего фронта; TF – длительность заднего фронта; PW – длительность импульса; PER – период повторения.

Часть системы управления, управляющая ключами, состоит из следующих компонентов:

- E12, E13, E18, E19, E22, E23 – компаратор (реле), который создает на выходе 5 В, если вход 1 больше входа 2;

- R1615–R1626, R1680–R1685 – резисторы;

- U15–U20 – DELAY 300 ns – формирует сигнал на выходе, который равен по амплитуде входному сигналу, но смещенный по фазе относительно его на величину задержки t_зад = 300 нс;

- V425– V427 во взаимодействии с аналогичными ему элементами на рисунке 2.2 – осуществляют превращение низкого сигнала в нуль;

- MULT – элемент, который умножает одно входное напряжение на другое, затем на выходе выдает произведение. Этот элемент имеет два входа и один выход;

- E14–E17, E20, E21 – усилитель, на выходе дает 20 В, если вход больше нуля.

На рисунке 2.3 представлена осциллограмма модулирующих напряжений при несущей частоте равной 600 Гц, а на рисунке 2.4 – при 300 Гц.

Рисунок 2.3 – Осциллограмма модулирующих напряжений СУ двухуровневого АИН при несущей частоте равной 600 ГЦ

Рисунок 2.3 – Осциллограмма модулирующих напряжений СУ двухуровневого АИН при несущей частоте равной 300 ГЦ

2.2.2 Компьютерная модель силовой схемы двухуровневого инвертора напряжения

Силовая схема данной модели представлена в виде двухуровневого АИН (рисунке 2.4).

На данном рисунке изображены следующие элементы:

- V408 – источники питания, напряжением 200 В;

- E24 и E27 – служат для гальванической развязки цепей управления с силовыми цепями;

- U7–U14, U21–U24 – IGBT – транзисторы;

- D11–D22 – диоды;

- R1586 – резистор, сопротивление которого служит для ограничения тока зарядки конденсатора в начале моделирования;

- R1577 – резистор.

Рисунок 2.4 – Двухуровневый АИН, выполненный в программе OrCAD Capture

2.2.3 Компьютерная модель двигателя двухуровневого инвертора напряжения

Асинхронный электродвигатель был изобретен в 1889 году М. О. Доливо-Добровольским, работавшим в Германии в электротехнической компании Т. Эдисона.

Несмотря на солидный возраст двигателя, его конструкция до сих пор существенно не изменилась. Двигатель имеет высокий КПД, прост, дешев и надежен, используется уже более ста лет и является самым распространенным и массовым во всех отраслях промышленности [19].

Конструкция, устройство и принцип работы асинхронного двигателя описаны в различной литературе, поэтому на этом останавливаться не будем.

На рисунке 2.5 представлен асинхронный тяговый двигатель, выполненный в программе OrCAD Capture.

Рисунок 2.5 – Асинхронный тяговый двигатель двухуровневого АИН, выполненный в программе OrCAD Capture

На рисунке изображены следующие элементы:

- R1575, R1578, R1587 – сопротивления статора;

- L1, L4, L7 – индуктивность рассеяния статора;

- L2, L5, L8 – индуктивность рассеяния ротора;

- L3, L6, L9 – индуктивность намагничивания;

- R1576, R1579, R1588 – сопротивление ротора;

- R1574 – резистор.

Обычно двигатели проектируются так, что потерями намагничивания, по сравнению с активными потерями в обмотках статора, можно пренебречь. В этом случае в качестве модели для иллюстрации процессов, происходящих в двигателе, может быть использована Т-образная схема замещения (рисунок 2.6) [19].

Рисунок 2.6 – Т-образная схема замещения

На схеме замещения присутствуют следующие обозначения:

- R1 – сопротивление статора, которое характеризует активные потери в статорных обмотках и равно сопротивлению фазной обмотки статора;

- R’2/S – параметр характеризует активные потери в роторе (R’2 – сопротивление ротора в режиме короткого замыкания, вал двигателя заторможен);

- S – скольжение, которое определяется по формуле 2.1;

- L1 – индуктивность рассеяния статора характеризует часть потока статора, которая не сцеплена с ротором и не принимает участие в создании момента;

- L’2 – индуктивность рассеяния ротора характеризует часть потока ротора, которая не сцеплена со статором и не принимает участие в создании момента;

- Lm – главная индуктивность характеризует часть потока, которая сцеплена со статором и с ротором, участвует в создании момента. На линейном участке кривой намагничивания двигателя главная индуктивность является величиной постоянной. При насыщении магнитопровода двигателя величина главной индуктивности уменьшается [19].

, (2.1)

где n₁ – скорость вращения поля статора;

n₂ – скорость вращения ротора.

Определим параметры АТД на основании его справочных данных. Как правило, в справочниках и каталогах приводятся следующие технические данные: U_H – линейное напряжение, I_m – ток статора, Р_2H – полезная мощность, – коэффициент полезного действия, n_H — номинальная частота вращения (или скольжение S_H), К_М — кратность максимального момента, К_П и К_Т – кратности пускового момента и пускового тока. Кроме того, в каталогах приводятся энергетические показатели ( ) при нагрузке АТД, равной 25, 50, 75 и 100% от номинальной мощности [20].

Ток холостого хода определяется по следующей формуле

, (2.2)

где – ток двигателя в номинальном режиме;

– номинальное скольжение двигателя;

– ток двигателя при частичной загрузке;

, – коэффициент мощности и КПД двигателя при частичной загрузке;

– коэффициент частичной загрузки двигателя.

Критическое скольжение определяется по формуле

, (2.3)

где – вспомогательный коэффициент (на начальном этапе принимаем , в дальнейшем может принимать диапазон значений от 0,6 до 2,5).

Далее необходимо определить промежуточные коэффициенты:

Характеристики

Список файлов ВКР