CC BY
37
4. Колпаков А. Сборки SEMISTACK - серийная продукция SEMIKRON // Силовая электроника. 2006. №1.
5. Устройство плавного пуска асинхронного электропривода типа ПАД-500-200 / В.С. Копырин [и др.]. Докл. научно-практического семинара «Проблемы и достижения в промышленной энергетике». Официальный каталог «Энергетика и электротехника». Екатеринбург: Уральские выставки, 2001.
6. Высоковольтный преобразователь напряжения для плавного пуска электродвигателя переменного тока / А.А.Ткачук [и др.] // Электроприводы переменного тока: тр. Международной четырнадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007.
E. Borodackij, K. Krivovjaz
Semi-conductor rectifying sections for the automated electric drives
The description of the series of low-voltage rectifier sections of CB type for automated electric drives, introduced into production of CJSC "Automated systems and complexes" is presented (Ekaterinburg). There are shown some examples of implementation of rectifier sections within AC and DC drives.
Keywords: electric drive, rectifying section, constructive.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:004
О.Г. Брылина, канд. техн. наук, доц., (351) 267-93-21, [email protected] (Россия, Челябинск, ЮУрГУ)
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВУХТАКТНЫХ ОДНОЗОННЫХ И МНОГОЗОННЫХ РАЗВЕРТЫВАЮЩИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
Рассматриваются спектральные характеристики двухтактных однозонных и многозонных развертывающих преобразователей с широтно- (ШИМ) и частотно-широтно-импульсным (ЧШИМ) законами модуляции. Приведены структуры преобразователей и их статические характеристики. Анализ выполнен на базе математического пакета MatLab+Simulink.
Ключевые слова: электропривод, силовая и информационная электроника, электротехнологии.
Спектральный анализ развертывающих преобразователей (РП), основой которого является преобразование Фурье, позволяет охарактеризовать частотный состав их выходного сигнала и осуществить не только оптимизацию типа и параметров сглаживающего фильтра, но и определить степень влияния закона модуляции на соседние устройства преобразования информации, подключенные к общему источнику электропитания.
Наибольшее распространение в системах автоматики получили РП, в частности, с двухтактной пшротно- (РП-ШИМ) и частотно-широтно-импульсной модуляцией (РП-ЧШИМ) (табл. 1) [1].
Однозонный РП-ШИМ (рис.1, а) представляет собой классическую структуру с «вертикальным» управлением [1], включающую в себя генератор пилообразного напряжения ГПН, сумматор I и релейный элемент РЭ, когда скважность выходных импульсов Увых изменяется под действием входного сигнала Х^х в результате перемещения сигнала «пилы» относительно порогов переключения РЭ.
Вход Хвх
А/п
а
б
в г.
Рис. 1. Структурные схемы развертывающих преобразователей
Аналогичный принцип действия имеет МРП-ШИМ (рис. 1, б) с той лишь разницей, что амплитудный диапазон выходных импульсов Увых
70
на выходе сумматора И2 разбит на несколько поддиапазонов (модуляционных зон). Режим двухтактной модуляции в первой модуляционной зоне формируется с помощью РЭ, имеющего минимально возможное, с точки зрения технической реализации, значение порогов переключения. Работа РП-ШИМ в остальных модуляционных зонах обеспечивается с помощью ключевых элементов К1 - Кп с характеристикой, приведенной на рис. 1, б. Порог Сг каждого из последующих ключей равен С^+1 = (С + Yf), где Yf - амплитуда выходного сигнала ГПН. В первой модуляционной зоне выходные импульсы РП-ШИМ формируются за счет переключения РЭ. При «вертикальном» смещении пилообразного сигнала развертки с выхода ГПН последовательно в работу включаются К1 - Кп , обеспечивая работу преобразователя в последующих модуляционных зонах.
РП-ЧШИМ представляет собой замкнутую автоколебательную систему (рис. 1, в) [1, 2] на основе сумматора £, интегратора И и релейного элемента РЭ с симметричной относительно нулевого уровня порогами переключения ± Ь . Выходной сигнал И имеет пилообразную форму, ограниченную по амплитуде величиной ± Ь . Выходной сигнал РЭ УвЫХ меняется дискретно в пределах ± А.
Отличительной особенностью МРП-ЧШИМ (рис.1, г) [2, 3] является наличие группы РЭ1 - РЭп с характеристикой, показанной на рис. 1, г. Число модуляционных зон Z определяется из соотношения Ъ = (п +1) / 2, где п - число релейных элементов. Пороги переключения РЭ удовлетворяют условию |± Ь^ < |± Ъ2| <...........< |± Ьп|, где индекс при Ъ соответствует
порядковому номеру релейного элемента.
Модуляционная /3 = /(Хвх) и амплитудная Уо = ЦХвх ) характеристики преобразователей представлены на рис. 2 (при п = 3): /о = /о / /0ХВХ = о - нормированная частота выходных импульсов РП
УвЫХ, отнесенная к частоте /о| хвх =о РП при нулевом уровне входного сигнала
Хвх; Хвх = Хвх /|А - нормированное значение входного сигнала по отношению к максимальному амплитудному диапазону ± А выходных импульсов РП УвЫХ; Yо = Yо /|А - среднее значение выходных импульсов РП УвЫХ за интервал их дискретизации.
Модуляционная характеристика /о = /о//о|хвх =о для РП-ШИМ и
МРП-ШИМ (рис.2 а) не зависит от входного сигнала X вх, и постоянна во всем диапазоне его изменения. Отличие МРП-ЧШИМ от РП-ЧШИМ состоит в том, что в модуляционной характеристике МРП-ЧШИМ присутствуют точки с /о = о (частотно-нулевое сопряжение модуляционных зон). Амплитудные характеристики для рассматриваемых РП линейны во всем диапазоне изменения X вх.
и Гц
[рп-шим
[мрп-шим
мрп-чшим рп-чшим
.0.8-0-6-0.4-°'2 о 0.2а4 0.6 0<?
а б
Рис. 2. Амплитудная (а) и модуляционная (б) характеристики для однозонных и многозонных развертывающих преобразователей
(для МРП п = 3)
На рис. 3 представлены диаграммы выходного сигнала РП и их выходной спектр до 1 оо гармоники Xвх = о, у = И/То = о,5. Спектральный анализ для РП выполнялся в пакете Ма1;ЬаЬ+81ши1тк. Начальная частота выходных импульсов при X вх = о и у = о,5 выбиралась для всех преобразователей одинаковой и равной 2500 Гц.
Выходной сигнал МРП-ШИМ или МРП-ЧШИМ
Выходной ситап РП-ШИМ или РП-ЧШИМ
0.2 0 -0.2 -ОЛ
II
То
1
0.5
о
-0.5
xi
То
5.2
5.4
5.Е
5.6
Т1те (5) х ]0
_ .РипйатеПа! (2500Нг) = 0.4244 , ТНСЬ 47.82%
0,2
04
03
0.6
Тте (8) х 10 3
Р_ипс1атеп1а1 рбООНг) т 1.273 , ТН0= 47.82%
40 60
№ гармоники
Рис. 3. Выходной сигнал (а, в) и его частотный спектр (б, г) для многозонных (а, б) и однозонных развертывающих преобразователей (в, г) при X вх = 0, у = 0,5
Из рис. 3 видно, что для РП-ШИМ и РП-ЧШИМ амплитуда выходного сигнала и амплитуда первой гармоники больше в три раза (рис. 3 в, г) по сравнению с многозонными системами МРП-ШИМ и МРП-ЧШИМ (рис. 3 а, б).
На рис. 4 - 7 приведены пространства, характеризующие спектральный состав в РП-ШИМ (рис. 4), РП-ЧШИМ (рис. 5), МРП-ШИМ (рис. 6) и МРП-ЧШИМ (рис. 7) при различных значениях входного сигнала и скважности выходных импульсов.
При изменении скважности у в выходном спектре любого из развертывающих преобразователей появляются четные гармоники. Причем изменение амплитуды гармоник носит затухающий колебательный характер.
Рис. 4. Спектральный состав в РП-ШИМ
Рис. 5. Спектральный состав в РП-ЧШИМ
Рис. 6. Спектральный состав в МРП-ШИМ
Рис. 7. Спектральный состав в МРП-ЧШИМ
Выводы
1. В МРП-ШИМ и МРП-ЧШИМ амплитуда выходного сигнала Увых и амплитуда 1-й гармоники в «п» раз меньше, по сравнению с од-нозонными РП-ШИМ и РП-ЧШИМ, где п - число ключевых или релейных элементов преобразователя.
2. Для МРП в «середине» каждой модуляционной зоны (XВХ = 0,66667 рис. 5) на выходе присутствует максимальная частота ^ = 2500 Гц при скважности у = ШТо = 0,5, причем независимо от знака входного воздействия (рис. 3, а). В МРП-ШИМ частота выходного сигнала Г0 = со^ = 2500 Гц, но при XВХ = ±С, скважность также у = ШТ = 0,5 (рис. 3, а). Поэтому спектральный состав в соответствии с форму-
ж 4УВЫХ вшЗ^ б1И5Г0
лой разложения в ряд Фурье у = — (вт^ +-- + +-- +...)
п 3 5
будет аналогичен представленному на рис. 3, но дополнительно появляется
нулевая гармоника, по величине равная амплитуде входного сигнала XВХ.
Здесь Увых - амплитуда сигнала на выходе РП; ^ - частота основной
гармоники, соответствующая частоте выходных импульсов РП.
3. Характер спектра выходного сигнала преобразователей будет сходен при скважностях у = 0,95 иу = 0,05; у = 0,75 и у = 0,25; а также у = 0,35 и у = 0,65.
4. При равных у частотный состав спектра для систем с ШИМ и ЧШИМ идентичен, но частота основной гармоники для ШИМ остается постоянной, а для ЧШИМ-систем снижается от максимальной величине до нуля, описывая ветвь параболы.
Список литературы
1. Цытович Л.И. Развертывающие преобразователи для систем управления вентильными электроприводами и технологической автоматики: дис... д-ра техн. наук. Челябинск: ЧГТУ, 1996. 464 с.
2. Терещина О.Г. Электроприводы с параллельными каналами регулирования на основе многозонных интегрирующих развертывающих преобразователей: дис... канд. техн. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2007, 235 с.
3. А.с. 1257666 СССР. Многозонный развертывающий преобразователь. № 3829786/24; Заявлено 15.05.86; Опубл. 15.09.86, Бюл. № 34.
O. Brylina
Spectral characteristics of one-zonal and multizonal deploying push-pull converters
Questions of the spectral analysis the single-cycle the one-zonal and multizonal sweep converters with width- and frequency-pulse-width laws of modulation of output signal are considered. Structures of converters and their static characteristics are given. The analysis is executed on the basis of mathematical package MatLab+Simulink.
Keywords: electric drive, power and data electronics, electrotechnologies.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:004
В.А. Соловьев, д-р техн. наук, проф., (4217) 53-60-09, [email protected] (Россия, Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ), Н.Е. Дерюжкова, канд. техн. наук, проф., (4217) 53-60-09, [email protected] (Россия, Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ), А.С. Гудим, канд. техн. наук, ст. преподаватель, (4217) 53-60-09, [email protected] (Россия, Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ), Р.А. Фондеркин, асп., (4217) 53-60-09,
[email protected] (Россия, Комсомольск-на-Амуре, КнАГТУ)
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ИНТЕЛЛЕКТА В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ
Рассмотрены принципы построения автоматизированного электропривода с использованием средств вычислительного интеллекта. Приводится методика синтеза регуляторов, обеспечивающих заданные показатели качества подобных систем.
Ключевые слова: искусственный интеллект, многослойная нейронная сеть, межклетевые натяжения.
На кафедре в течение ряда лет в рамках инициативной НИР ведутся исследования по применению принципов искусственного интеллекта для систем автоматизированного электропривода.
По мере развития и совершенствования технологии проката увеличивается число параметров и факторов, которые необходимо контролировать и обрабатывать с целью оптимизации протекания технологических процессов. При этом непрерывно повышаются требования к системам автоматизации и в первую очередь к системам автоматизации электропривода.
