Разработка методики моделирования системы «Автономный инвертор напряжения асинхронный трехфазный двигатель» DEVELOPMENT OF METHODS FOR MODELING SYSTEMS ”A UTONOMOUS INVERTER VOLTAGE THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR”1 Текст научной статьи по специальности «Электротехника»

Научная статья на тему 'Разработка методики моделирования системы «Автономный инвертор напряжения асинхронный трехфазный двигатель»' по специальности 'Электротехника' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 45.29 — Электрические машины
  • ВАК РФ: 05.09.01
  • УДK: 621.313
  • Указанные автором: УДК: 621.313.42

Статистика по статье
  • 1077
    читатели
  • 108
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ
  • АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
  • ТРАНЗИСТОРНЫЙ КЛЮЧ

Аннотация
научной статьи
по электротехнике, автор научной работы — Горячев О. В., Ершов А. А.

Рассмотрены вопросы построения виртуального стенда, предназначенного для моделирования процессов, происходящих в системе «автономный инвертор напряжения асинхронный трехфазный двигатель».

Abstract 2011 year, VAK speciality — 05.09.01, author — Goryachev O. V., Ershov A. A.

The problems of constructing a virtual booth, designed to simulate the processes occurring in the system autonomous inverter voltage three-phase asynchronous motor is considered.

Научная статья по специальности "Электрические машины" из научного журнала "Известия Тульского государственного университета. Технические науки", Горячев О. В., Ершов А. А.

 
Читайте также
Читайте также
Рецензии [0]

Текст
научной работы
на тему "Разработка методики моделирования системы «Автономный инвертор напряжения асинхронный трехфазный двигатель»". Научная статья по специальности "Электрические машины"

УДК 621.313.42
О.В. Горячев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 33-39-20,
А.А. Ершов, асп., 89202730134, alex-ershov.tula@yandex.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ «АВТОНОМНЫЙ ИНВЕРТОР НАПРЯЖЕНИЯ - АСИНХРОННЫЙ ТРЕХФАЗНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ»
Рассмотрены вопросы построения виртуального стенда, предназначенного для моделирования процессов, происходящих в системе «автономный инвертор напряжения - асинхронный трехфазный двигатель».
Ключевые слова: автономный инвертор напряжения, асинхронный трехфазный двигатель, транзисторный ключ.
Система «АИН-АТД» является довольно сложной и нелинейной. Задачи синтеза и анализа этих систем требуют математических моделей различного уровня сложности. Наиболее полная модель должна учитывать способы коммутации обмоток; процессы переключения транзисторов; не-синусоидальность токов в АТД; взаимное влияние процессов в обмотках статора и ротора АТД.
Целесообразно рассматривать рабочие процессы и процессы, происходящие при коммутации ключей, отдельно. Возможность раздельного рассмотрения рабочих и коммутационных процессов определяется тем, что скорости протекания коммутационных процессов намного выше в сравнении с рабочими.
Закономерности рабочих процессов определяются в результате анализа работы обобщенной структурной схемы инвертора на заданную нагрузку при принятом законе коммутации силовых ключей инвертора. Для упрощения анализа в первом приближении обычно вводятся допущения об идеальности характеристик силовых ключей: их сопротивления во включенном состоянии считается равным нулю, а при выключенном - бесконечности, время переключения ключей принимается равным нулю. Уточненные модели учитывают реальные вольтамперные характеристики ключей.
Характер коммутационных процессов определяется с учетом свойств конкретных полупроводниковых приборов, используемых в конкретной схеме инвертора. При использовании в схеме инвертора транзисторов, т.е. полностью управляемых приборов, задачей анализа является учет реальных скоростей и траекторий переключения силовых ключей инвертора.
Результаты, полученные на первом этапе, например форма выходного напряжения и тока инвертора, практически одинаково справедливы
для самых разнообразных схем инверторов напряжения, использующих различные типы полупроводниковых приборов и различные способы их выключения, при условии, что все эти схемы работают с одним и тем же законом коммутации ключей инвертора. В результате рассмотрения рабочих процессов определяются также некоторые начальные условия, необходимые для расчета коммутационных процессов, например ток управляемого полупроводникового прибора в момент, предшествующий
переключению ключа.
Рассмотрим основные особенности рабочих процессов в трехфазном инверторе напряжения при работе его на АТД в установившихся режимах.
В настоящее время существует большое число различных способов управления силовыми ключами инвертора. Наиболее распространенными
способами являются способы ж, 23 л, 5б^- коммУтаЦии. На рис. 1 изображен алгоритм управления для тт-коммутации. Отличительными свойствами этого закона коммутации в сравнении с остальными являются:
наилучшее использование источника питания и нагрузочной способности ключей инвертора по напряжению;
минимально возможная частота переключения ключей инвертора, необходимая для формирования выходного переменного напряжения требуемой рабочей частоты.
234
.Ї45
ЗЙ1
ЙІ2
п
60
о
шп
240
3«^Т фата
Рис. 1. Диаграммаработы силовых ключей для случая п -коммутации
Здесь в течение пеРи°Да выходного напряжения (периода повторяемости Тпвт) включены три транзисторных ключа. Последовательность управления ключами следующая: 123, 234, 345, 456, 561, 612.
Последовательность управления транзисторными ключами для способа коммутации 23л имеет вид: 12, 23, 34, 45, 56, 61. При коммутации 5/'
6 л транзисторные ключи переключаются в такой последовательности: 12, 123, 23, 234, 34, 345, 45, 456, 56, 561, 61, 612 [1, 2].
53
Каждой из комбинаций состояния ключей соответствует определенная комбинация подключения линий питания нагрузки А, В и С к шинам источника питания инвертора.
Графики линейных напряжений идеализированного инвертора при базовом законе коммутации ключей представляют собой знакопеременные функции, амплитуда которых равна величине напряжения источника питания, а частота равна частоте коммутации ключей. Например, график ли-нейногонапряжения иаь (0) описываетсявыражением [3].
ил (Я) = иаЬ W =
+ип при о < з < 2^3; 0 при 2Уз < S < л; -ип при п <3 < 5^3;
0 при 5Уз < S < л,
(1)
где ип - напряжение источника питания инвертора; 0 = О. ^ - время в угловых единицах, определяемых частотой 0.8 выходного напряжения инвертора.
Как видно, временной график линейного напряжения автономного инвертора является несинусоидальным. Он может быть представлен в виде суммы гармонических составляющих илу, не содержащей гармоник, кратных двум и трем [3]:
ГО
(2)
ил (S) = X иЛУ (0)
V = 1
где v = 1,5,7,11,13,... - порядковый номер гармоники.
В развернутом виде с учетом вида функции (1) получаем
2/з 1 1 1
и л (0) =----и п (sin 0' — sin50'—sin70' + — sin110' + ...), (3)
n 5 7 11
где Q' = Q + n/6 .
Отсюда следует, что амплитуда основной гармоники линейного напряжения несколько превышает напряжение источника питания:
2л/3
' ' (4)
и
1,1и„
п
Амплитуды высших гармоник обратно пропорциональны их номе-
рам:
U
(5)
Эффективное (действующее) значение выходного линейного напряжения:
Uл.эфф * '
=s
(б)
Эффективное значение основной гармоники линейного напряже-
ния:
U ,,, и к 0,7Ви
л.эфф1 п ’ п
ж
(7)
Доля основной гармоники в полном эффективном значении состав-
ляет
U
з
л.эфф1
U
= -* 0,95 п
(В)
Форма и гармонический состав выходных линейных напряжений автономных инверторов, работающих с Х = п, не зависят от параметров нагрузки, что является их преимуществом перед инверторами с Х<п .
График напряжения на фазе «А» нагрузки представляет собой (рис. 2) знакопеременную импульсную функцию, принимающую значения
[3]
1
и
ф (3) = иа (3) =
+ — и п при 0 < 0 < уз ;
+ 2ип при 'уЗ < & < 2^3 + - и п при 2^ <&<п;
(9)
3
иф (0 + п) = -иф (0).
Несинусоидальный график фазного напряжения также может быть представлен в виде суммы гармонических составляющих за исключением гармоник, кратных двум и трем [3]:
и, (5) = — ип (sin 0 -—sin 50 -1 sin 70 +—sinll0 +...). (10)
ж 5 7 11
Амплитуды основной и высших гармоник фазного напряжения
2
Uф.1 =-иП - °.637ип; (11)
л
Uфу =-lUфх, v = l,5,7,ll,l3,... .
(l2)
Эффективное значение основной гармоники фазного напряжения
V2
u
Ф.зФФі
п
(l3)
ляет
Доля основной гармоники в полном эффективном значении состав-
(14)
Uф.эфф- = — « 0,955
u
ф.эфф
п
Для управления переключением транзисторных ключей строятся логические таблицы управления для каждого способа коммутации.
Модель системы «АИН - АТД» в пакете БтиНпк изображена на
рис. 2.
H-RntoriFZEd ^п> ■EfcctnmagiEtt iaqiE it pin)-
О
Яшрв
Рис. 2. Модель системы «АИН - АТД.» в пакете Simulink
В устройстве управления (блок gen) формируется управляющий сигнал, и в его памяти заложены таблицы переключения силовых ключей инвертора для скалярных законов коммутации. Способы коммутации переключаются вручную. Модель блока изображена на рис. 3.
Блок Pulse Generator генерирует импульсы прямоугольной формы в соответствии с заданной в окне настройки частотой. PWM Generator формирует ШИМ сигнал также в соответствии с заданной частотой. В блоках Direct Lookup хранятся таблицы коммутации. В блоках Enabled Subsistem в соответствии с выбранным законом коммутации происходит формирование сигнала управления силовыми ключами инвертора напряжения.
Блок АИН содержит модель силовых ключей инвертора напряжения. В качестве силовых ключей применяются IGBT-транзисторы КР731А. Модели транзисторов в виртуальном стенде взяты из стандартной библиотеки Simulink. В них были заданы параметры: внутреннее сопротивление Ron, демпфирующее сопротивление Rs и демпирующая емкость Cs.
Блок АТД соответствует модели асинхронного трехфазного двигателя. Для примера приведен двигатель 4ААМ56В4У3. При построении схемы моделирования модель АТД была взята из стандартной библиотеки БтиНпк, и ее параметры (номинальная мощность, напряжение питания, частота питающего напряжения, сопротивление и индуктивность статора, сопротивление и индуктивность ротора, взаимная индуктивность, момент инерции якоря, коэффициент трения, число пар полюсов) были установлены в соответствии с параметрами двигателя 4ААМ56В4УЗ.
Рис. 3. Модель устройства управления в пакете Simulink
На рис. 4 изображен спектральный анализ тока фазы статора для случая it -коммутации.
FFT analysis -
Рис. 4. Спектральный анализ фазного тока для случая п -коммутации
Сравнение полученных результатов с реальными характеристиками показывает адекватность разработанной модели реальной системе АИН-АТД в соответствии с заданным законом коммутации. Таким образом, разработанная методика позволяет в значительной степени упростить процесс анализа энергетических и механических характеристик и процесс проектирования электрического следящего привода с асинхронным трехфазным двигателем. Разработанная схема позволяет путем изменения параметров блоков АИН и АТД моделировать работу системы с различными асинхронными двигателями и разными параметрами ключей инвертора.
Список литературы
1. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование систем в MATLAB 6.0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.
2. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. 2-е изд., испр. М.: Издательский центр «Академия», 2007. 272 с.
3. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.
O.V. Goryachev, A.A. Ershov
DEVELOPMENT OF METHODS FOR MODELING SYSTEMS ”A UTONOMOUS INVERTER VOLTAGE - THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR”
The problems of constructing a virtual booth, designed to simulate the processes occurring in the system autonomous inverter voltage - three-phase asynchronous motor is considered.
Key words: autonomous inverter voltage, three-phase asynchronous motor, transistor switch.
Получено 03.10.11
УДК 621.646.4:006.354
C.K. Тусюк, канд. техн. наук, проф. 8-920-742-95-15, tsk@tsu.tula.ru,
А.И. Звездин, асп., 8-906-531-70-40, alextar87@gmail.com (Россия, Тула, ТулГУ)
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПНЕВМОАРМАТУРЫ
Исследуется вопрос формализованного составления математических моделей регулирующей и предохранительной пневмоарматуры. Описан принцип формализации. Рассмотрена процедура формализации на примере предохранительного клапана пропорционального типа прямого действия. Сделан вывод о возможности исследования статических и динамических процессов, протекающих в клапане.
Ключевые слова: пневмоарматура, клапан предохранительный, математическое описание.
Современные системы газоснабжения представляют собой совокупность взаимосвязанных агрегатов, устройств, приборов и трубопро-

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх