CC BY
76
УДК 62-83: 621.314.632 ББК З291.074:З852.3
Г.П. ОХОТКИН
МОДЕЛИРОВАНИЕ В ШиЬТШШ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ПРИ ДИАГОНАЛЬНОЙ КОММУТАЦИИ С ПООЧЕРЕДНЫМ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕМ КЛЮЧЕЙ МОСТОВОЙ СХЕМЫ ВЕНТИЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Ключевые слова: моделирование, релейная система автоматического регулирования (САР) тока, вентильный преобразователь (ВП).
Разработана модель релейной системы автоматического регулирования тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы вентильного преобразователя в Multisim. Модель САР тока реализована по синтезированной ранее структурной схеме на виртуальных электронных компонентах, размещенных в библиотеке Multisim. При этом выполнена гальваническая развязка цепей управления и силовой цепи преобразователя. Модель позволяет представить временные диаграммы работы всех элементов САР тока в реальном масштабе времени. В ходе моделирования работы САР тока в Multisim установлено, что разработанная модель полностью подтверждает достоверность полученных в ходе структурного синтеза результатов.
При диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы вентильного преобразователя (ВП) частота переключения ключа в два раза ниже, чем частота выходного напряжения ВП. Кроме того, динамические и статические потери мощности на переключение транзисторов равномерно распределяются между переключающимися транзисторами. Благодаря этому релейная система автоматического регулирования (САР) тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы ВП находит широкое применение в регулируемых электроприводах и других системах силовой электроники.
Структурный синтез релейной САР тока, являющейся нелинейной дискретной системой, представляет собой сложную задачу, состоящую из нескольких этапов. В работах [1-4] разработана методика структурного синтеза релейной САР тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы ВП.
Для проверки достоверности полученных в ходе структурного синтеза результатов осуществляется моделирование релейных САР тока в Multisim. Система моделирования Multisim является интерактивным эмулятором схем для их описания и тестирования за минимальное время, имитирующим работу релейной САР тока в реальном масштабе времени. В литературе вопросы моделирования релейных САР тока в Multisim освещены недостаточно полно, поэтому данная задача является актуальной.
Целью данной работы являются разработка в Multisim модели релейной САР тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы ВП и оценка достоверности полученных в ходе синтеза результатов.
Структурная схема релейной САР тока состоит из релейного регулятора тока (РРТ), выполненного на трех релейных элементах РЭ1-РЭ3, релейного элемента РЭ4, задающего направление вращения двигателя постоянного тока (ДПТ),
логического устройства (ЛУ), схемы смены очередности включения ключей (СОВК), вентильного преобразователя (ВП), выполненного по мостовой схеме на четырех транзисторах УТ1-УТ4 и обратных диодах УШ-У04, якорной цепи двигателя постоянного тока независимого возбуждения и датчика тока (ДТ) [4].
Для моделирования релейной САР тока в Multisim выполним структурный синтез силовой схемы полупроводникового преобразователя, состоящей из схемы вентильного преобразователя, якорной цепи ДПТ и датчика тока. При диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы ВП датчик тока, преобразующий информацию о токе якоря ДПТ в сигнал обратной связи, должен быть включен в якорную цепь двигателя. При этом первичная и вторичная цепи датчика тока должны быть выполнены с гальванической развязкой. Для управления транзисторами моста могут быть использованы драйверы как с гальванической развязкой, так и без гальванической развязки цепей управления и силовой схемы. Для определенности применим схему драйверов, выполненную на оптотранзисторе с индивидуальным источником питания [5].
Модель схемы ВП реализована на виртуальных полупроводниковых приборах, представленных идеальными транзисторами УТ1-УТ4 (рис. 1) и диодами УШ-У04, соединенными в мостовую схему. Гальваническая развязка цепей управления и силовых транзисторов моста выполнена на четырех драйверах, содержащих четыре оптотранзистора УТ11-УТ44 и три источника питания Ш-Ш. Объединение эмиттеров транзисторов УТ3 и УТ4 в одну точку позволяет управлять ими от одного источника питания Ц3. Питание мостовой схемы ВП осуществляется от источника постоянного напряжения ивх. В диагональ моста, образованного транзисторными ключами, последовательно включены активно-индуктивная нагрузка (Ья - Яя), моделирующая работу якорной цепи ДПТ и датчик тока ДТ (ХСР1) с гальванической развязкой. Датчик тока выполнен на основе токового пробника, размещенного в библиотеке инструментов Multisim. Чувствительность ДТ соответствует 1 шу/шЛ, для сглаживания высокочастотных помех, снимаемых с датчика тока, используется ЛС-фильтр, выполненный на Я1 и С1.
Релейный регулятор тока, состоящий из трех релейных элементов РЭ1-РЭ3 (рис. 1), реализован на виртуальных компараторах с идеальными релейными характеристиками. Для формирования нижнего и верхнего порогов переключения транзисторов релейные характеристики элементов РЭ2 и РЭ3 сдвигаются по оси абсцисс влево и вправо от начала координат. Величины смещения характеристик задаются значениями напряжений исм\ и исм2.
Схема логического устройства САР тока (рис. 1) состоит из инверторов /ЛУ1-/ЛУ3, ДО-триггеров ЛЯ и Я52 и четырех логических элементов И (4А©1-АЛЮ4). Схема смены очередности включения ключей ВП выполнена на восьми логических элементах И (4АЮ1-АЛЮ8), пяти элементах ИЛИ (ОЯ1-ОЯ5), инверторе ШУ4 и Т-триггере (ТТЛ). С помощью интерактивного задатчика цифровых сигналов на информационный вход Т-триггера подается логический сигнал Т = 1. Задающее воздействие изт формируется генератором ХЕО1. Контроль переменных в схеме САР тока осуществляется осциллографом XSС1.
На рис. 2 представлены временные диаграммы работы модели релейной САР тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы ВП. На рис. 2, а приведены импульсы управления транзисторами УТ1 и УТ4 моста.
На рис. 2, б представлен процесс отслеживания выходным сигналом иот САР тока при подаче на вход прямоугольного сигнала задания тока изт = 6 В с частотой/ = 100 Гц, а на рис. 2, в - при подаче синусоидального сигнала задания тока изт = 6 В с частотой / = 100 Гц.
в
Рис. 2. Временные диаграммы работы САР тока
Временные диаграммы работы САР тока (рис. 2) подтверждают достоверность полученных в ходе структурного синтеза результатов. Разработанная модель релейной САР тока сокращает материальные и временные затраты на проектирование систем силовой электроники.
Литература
1. Охоткин Г.П., Романова Е.С. Разработка математической модели диагонального закона коммутации ключей с переключением верхнего транзистора мостовой схемы преобразователя // Информационные технологии в электротехнике и электроэнергетике: материалы IX Всерос. науч.-техн. конф. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2014. С. 77-86.
2. Охоткин Г.П. Разработка методики синтеза релейных регуляторов САР тока при симметричной и диагональной коммутациях транзисторов ВП // Вестник Чувашского университета. 2014. № 2. С. 66-74.
3. Охоткин Г.П. Разработка методики синтеза дискретного логического управляющего устройства САР тока // Вестник Чувашского университета. 2014. № 2. С. 74-83.
4. Охоткин Г. П. Синтез логического устройства релейной САР тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы // Вестник Чувашского университета. 2016. № 1. С. 65-70.
5. Охоткин Г.П. Моделирование релейных систем автоматического регулирования тока на МиШят при симметричной и диагональной коммутациях ключей мостовой схемы вентильного преобразователя // Вестник Чувашского университета. 2015. № 3. С. 94-103.
6. Охоткин Г.П. Моделирование структурных схем релейных систем автоматического регулирования тока наМиЫзхт // Вестник Чувашского университета. 2015. № 3. С. 86-93.
ОХОТКИН ГРИГОРИЙ ПЕТРОВИЧ - доктор технических наук, профессор, декан факультета радиоэлектроники и автоматики, заведующий кафедрой автоматики и управления в технических системах, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (elius@list.ru).
G. OKHOTKIN
THE SIMULATION ON MULTISIM SYSTEM OF AUTOMATIC REGULATION OF THE CURRENT IN THE DIAGONAL WITH ALTERNATE SWITCHING OF THE SWITCHING KEYS OF THE BRIDGE CIRCUIT RECTIFIER CONVERTER
Key words: modeling, relay systems of automatic control current, valve motor drive.
The developed model of the relay system of automatic control of current in the diagonal with alternate switching of the switching keys of the bridge circuit rectifier Converter on Multisim. Model SAC current is implemented by synthesized earlier structural diagram of the virtual electronic components placed in the library of Multisim. When this is executed galvanic isolation of control circuit and power circuit of the Converter. The model allows to represent timing diagrams of the operation of all SAC elements current in real time. During the simulation of the SAC current on Multisim it is established that the developed model fully confirms the accuracy obtained in the structural synthesis results.
References
1. Okhotkin G.P., Romanova E.S. Razrabotka matematicheskoi modeli diagonal'nogo zakona kommutatsii klyuchei s pereklyucheniem verkhnego tranzistora mostovoi skhemy preobrazovatelya [Developing a mathematical model of diagonal switching law for keys with the inverter bridge upper transistors switched]. Informatsionnye tekhnologii v elektrotekhnike i elektroenergetike: materialy IX Vseros. nauch.-tekhn. konf. [Proc. of 9th Rus. Sci. Conf. «Information technology in electric and electric power engineering»]. Cheboksary, Chuvash University Publ., 2014, pp. 77-86.
2. Okhotkin G.P. Razrabotka metodiki sinteza releinykh regulyatorov SAR tokapri simmetrich-noi i diagonal'noi kommutatsiyakh tranzistorov VP [Developing techniques for synthesizing relay regulators of automatic current control system with symmetric and diagonal switching of valve inverter transistors]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2014, no. 2, pp. 66-74.
3. Okhotkin G.P. Razrabotka metodiki sinteza diskretnogo logicheskogo upravlyayushchego us-troistva SAR toka [Developing synthesis technics for discrete logic control unit of automatic current control system]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2014, no. 2, pp. 74-83.
4. Okhotkin G.P. Sintez logicheskogo ustroistva releinoi SAR toka pri diagonal'noi kommutatsii s poocherednym pereklyucheniem klyuchei mostovoi skhemy [The synthesis of logical devices of relay systems of automatic current regulation when diagonal switching with alternate switching keys the bridge circuit rectifier converter]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2016, no. 1, pp. 65-70.
5. Okhotkin G.P. Modelirovanie releinykh sistem avtomaticheskogo regulirovaniya toka na Multisim pri simmetrichnoi i diagonal'noi kommutatsiyakh klyuchei mostovoi skhemy ventil'nogo preobrazovatelya [Multisim simulation of automatic current control relay systems with symmetric and diagonal switching of valve inverter bridge keys]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2015, no. 3, pp. 94-103.
6. Okhotkin G.P. Modelirovanie strukturnykh skhem releinykh sistem avtomaticheskogo reguli-rovaniya toka na Multisim [Multisim simulation of block diagrams of automatic current control relay systems]. Vestnik Chuvashskogo universiteta, 2015, no. 3, pp. 86-93.
OKHOTKIN GRIGORY - Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean of the Faculty of Radioelectronics and Automatics, Head of Department of Automation and Management in Technical Systems, Chuvash State University, Cheboksary, Russia.
Ссылка на статью: Охоткин Г.П. Моделирование в МиШ8т системы автоматического регулирования тока при диагональной коммутации с поочередным переключением ключей мостовой схемы вентильного преобразователя // Вестник Чувашского университета. - 2016. - № 1. -С. 71-75.
