Выбор частотного преобразователя

 




























































































Содержание
Введение……………………………………………………………………..……...5
1. Расчетно-техническая часть………….……………………………...….....…....7
1.1 Назначение фаскосъёмочных машин…………………………………………7
1.2. Расчёт мощности двигателя………………………………………………….11
1.3. Выбор двигателя и проверка на нагрев……………………………..……...11
1.4. Выбор частотного преобразователя..………………………………….….....14
1.5. Расчет параметров схемы замещения…………………….…………….…...16
1.6. Синтез цифрового векторного управления.…………………….…...…..….19
1.6.1. Подсистема F.O.C...…….……………..…………………………………….23
1.6.1.1. Подсистема регулятор потокосцепления.……...…………………....…..27
1.6.1.2. Подсистема регулятор скорости……………...……………………….....28
1.6.1.3. Подсистема регулятор тока……...…………………….…………..……..31
1.6.1.4. Подсистема звена постоянного тока и тормозного прерывателя……...33
1.6.2. Моделирование системы управления………………………..……….…...37

Введение
     Индивидуальный автоматизированный электропривод в настоящее время получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества, от сферы промышленного производства до сферы сбыта.
     Широта применения определяет исключительно большой диапазон мощностей электроприводов (от долей ватта до десятков тысяч киловатт) и значительное разнообразие их исполнения. Электропривод применяется практически во всех областях промышленности: прокатные станы в металлургической промышленности, шахтные подъемные машины и экскаваторы в горнодобывающей промышленности, мощные строительные и монтажные краны, протяженные высокоскоростные конвейерные установки, мощные металлорежущие станки и т.д.
     Векторное управление основывается на пространственной ориентации вектора напряжения и преобразовании неподвижной трехфазной системы координат в вращающуюся двухфазную. В структурной схеме контура тока векторного управления этот переход выполняют блоки прямых преобразований Парка и Кларка, блоки же обратных преобразований осуществляют обратный переход.
     Входными параметрами для осуществления векторного управления являются мгновенные значения токов, скорость вращения вала ротора, модуль и угол вектора потокосцеспления. Ввод в систему значений токов и скорости как аналоговых измеряемых величин выполняют АЦП. Измерение тока производят специальные датчики, при этом достаточно использовать датчики только в двух фазах двигателя, т.к. значение тока третьей фазы вычисляется исходя из алгебраической суммы токов, равной нулю. Для непосредственного измерения вектора потокосцепления необходимо наличие датчиков Холла в воздушном зазоре двигателя, что не всегда представляется возможным. Поэтому применен блок расчета вектора потокосцепления, который производит его моделирование на основе значений проекций вектора тока и скорости вращения вала ротора. Блок компенсации взаимного влияния каналов осуществляет развязку каналов потокосцепления и момента двигателя, а ПИ-регуляторы – пропорционально-интегрирующее управление. Формирователь ШИМ генерирует сигналы управления для ключей автономного инвертора напряжения (АИН).
     Следует отметить, что для реализации векторного управления необходимо точное позиционирование вектора напряжения, особенно при низких частотах вращения вала ротора. Достичь этого можно с помощью специальных алгоритмов коммутации силовых ключей, например ШИМ с синусоидальным распределением длительности импульсов, однако при таком способе максимальное значение вектора напряжения равно половине напряжения в цепи постоянного тока. Для увеличения максимального значения вектора напряжения, а, следовательно, и КПД системы АИН-АТД, целесообразно использовать пространственно-векторную модуляцию.
















     1. Расчетно-техническая часть
     1.1. Назначение фаскосъёмочных машин
     Установка фаскосъёмочных машин встраивается в существующую линию контроля и правки СПЦ-2 и служит для снятия одно- или двухсторонней фаски на круглых прутках диаметром 12-80мм и длиной 2-12м с последующей передачей к последующим машинам.
     Сама фаскосъёмочная машина служит для остановки подаваемого рольгангом прутка, зажима его в положении снятия фаски и снятия самой фаски.
     Для остановки подаваемого прутка служит упор, соединенный со штоком нестандартного гидроцилиндра.
     Поступающий с роликов рольганга пруток ударяется в плоскость упора, находящегося в этот момент в крайнем выдвинутом положении.
     Часть масла, находящегося во внутренней плоскости корпуса перетекает в аккумулятор. Упор вместе с прутком получает возможность двигаться налево, останавливая пруток.
     После остановки прутка, упор вместе с прутком сдвигается под действием давления гидросистемы налево/направо в крайнее выдвинутое положение. Пруток принимает исходное положение для перемещения в позицию снятия фаски.
     После этого приводятся в действие рычаги рольганга и пруток перекладывается на призматическую поверхность приемного V-образного блока.
     Моменты включения отдельных механизмов и задействования элементов гидросистемы определяются сигналами электрических датчиков для функционирования в автоматическом режиме.
     Привода установки:
     * привод рычагов рольганга 7,5 кВт;
     * привод роликов рольганга 2х4 кВт;
     * привод вращения шпинделя фаскосъемочных машин 15 кВт;
     * привод горизонтальной подачи шпинделя фаскосъёмочных машин 2,4 кВт;
     * привод вертикального перемещения шпиндельной группы фаскосъёмочных машин 0,37 кВт.
     На данный момент привод рычагов рольганга состоит из асинхронного двигателя и преобразователя частоты со скалярным управлением.
     Недостатками этой системы управления являются:
     * при отсутствии датчика скорости нельзя управлять скоростью вращения вала асинхронного двигателя, так как она зависит от нагрузки (наличие датчика скорости решает эту проблему), а в случае с синхронным двигателем - при изменении нагрузки  можно совсем потерять управление;
     * невозможность управлять моментом, хотя эту задачу можно решить с помощью датчика момента, но стоимость его установки очень высока, и будет скорее всего выше самого электропривода. При этом управление моментом будет  инерционным;
     * нельзя управлять одновременно моментом и скоростью.
     Поэтому, модернизация заключается в замене асинхронного привода по системе ПЧ-АДК со скалярным управлением на асинхронный привод по той же системе с векторным управлением.
     Система с векторным управлением имеет ряд достоинств, а именно:
     * высокий уровень точности при регулировании скорости вращения вала, несмотря даже на возможное отсутствие датчика скорости;
     * осуществление вращения двигателя на малых частотах происходит без рывков, плавно;
     * если установлен датчик скорости, то можно достичь номинального значения момента на валу даже при нулевом значении скорости;
     * быстрое реагирование на возможное изменение нагрузки – резкие скачки нагрузки практически не отражаются на скорости электропривода;
     * высокий уровень КПД двигателя за счет сниженных потерь из-за намагничивания и нагрева.
     Весь механизм в сборе представлен на рис.1.1. Принцип действия разъясняется на прилагаемой кинематической схеме рис.1.2. 
    
    
     Рис.1.1. Общая схема установки фаскосъёмочных машин вид сбоку.
    

Рис.1.2 Кинематическая схема установки фаскосъёмочных машин.

     1.2. Расчёт мощности двигателя
      Таблица 1.1. Технические данные механизма
№ п/п
Наименование
Значение
1
Длина установки l, мм
16562
2
Высота установки h, мм
1550
3
Максимальная нагрузка на перекладку F, Н
14000
4
Требуемая частота вращения перекладывающих блоков, n, об/мин
15
5
Масса перекладывающих блоков m, кг
550
6
Радиус эксцентриситета  r, м
0,075
7
Передаточное число системы i
56
8
КПД системы ?
0,6
     Для определения мощности двигателя необходимо определить статический момент на валу двигателя по формуле 1.1. 
      		        ,                             		        (1.1)
     где g=9,81 – ускорение свободного падения.
     Используя данные из таблицы 1, найдем статический момент:
                  
	Определим угловую скорость перекладывающих блоков по формуле 1.2
       ,			  		        (1.2)
рад/с
     Исходя из значений статического момента, требуется обеспечить расчётную мощность (формула 1.3): 
     ,				       (1.3)
                                        
	1.3. Выбор двигателя и проверка на нагрев
	Выбираем асинхронный двигатель фирмы Siemens типа 1LE1003-1CB2. Характеристики выбранного двигателя приведены в таблице 1.2.


Таблица 1.2. Технические данные двигателя 1LE1003-1CB2.
№п/п
Наименование
Значение
1
Мощность Pn, кВт
7,5
2
Число пар полюсов, p 
2
3
Номинальная скорость вращения nn, об/мин
1470
4
Синхронная скорость вращения ns, об/мин
1500
5
КПД при 100%нагрузки , %
90,4
6
Коэффициент мощности при 100%нагрузки 
0,84
7
Номинальный ток , А
14,3
8
Кратность тока короткого замыкания ik
7,4
9
Кратность пускового момента mp
2,4
10
Кратность момента короткого замыкания mk
3,5
11
Момент инерции J, кгм2
0,046
     Как известно, электрический двигатель при работе может нагреваться только до допустимой температуры, определяемой, в первую очередь, нагревостойкостью применяемых изоляционных материалов. 
     	Превышение допустимой температуры ведёт к преждевременному разрушению изоляции обмоток  и сокращению срока службы электрических двигателей.
     	При превышении температурой двигателя температуры окружающей среды начинается процесс теплоотдачи в окружающую среду, интенсивность которого увеличивается пропорционально разности температур. Процесс нагревания заканчивается при температуре двигателя, когда всё тепло, выделяющееся в двигателе, отдаётся в окружающую среду.
     	Отключение двигателя от сети прекращает тепловыделение в двигателе и наступает процесс постепенного отвода запасённого тепла в окружающую среду – идёт процесс охлаждения электродвигателя, который прекращается после снижения температуры всех его частей до температуры окружающей среды.
     	Существуют два метода проверки двигателя на нагрев: прямой и косвенный. Прямой метод проверки двигателей по нагреву имеет существенный недостаток – для его использования необходимо знать теплоотдачу и теплоёмкость. Так как в каталогах и справочниках эти параметры обычно не указываются, то практическое использование прямого метода проверки оказывается затруднительным. В связи с этим в большинстве случаев проверка двигателей по нагреву осуществляется косвенными методами. К их числу относятся методы средних потерь и эквивалентных величин.
     	Проверим двигатель на нагрев при помощи метода эквивалентного тока. Замеры для построения тахограммы (рис.1.3) и токовой диаграммы (рис.1.4) производились в реальном режиме времени. 
     Должно удовлетворяться условие 
     	In>Iэ.	 (1.4)

     Рис.1.3. Тахограмма.

     Рис.1.4. Диаграмма тока.
    t1 = 0,6 сек. – разгон двигателя  и выход на установившееся значение, при этом ток I1 достигает 6 А;
    t2 = 0,5 сек. – движение перекладки на номинальной скорости до прутков, при этом I2 = 4,5 A;
    t3 = 1,5 сек. – подхват и перекладка прутков с приложением нагрузки, равной Мс, при этом ток I3 = 3,5 А;
    t4 = 0,5 сек. – свободное движение без нагрузки,  при этом I4 = 2,5 A;
    t5 = 1 сек. – торможение и точный останов двигателя, при этом I5 = 2 A.
tц = t1+t2+t3+t4+t5					        (1.5)
    tц = 0,6+0,5+1,5+0,5+1=4,1 сек.
    		        (1.6)

     	Так как выполняется условие формулы 1.4, то двигатель прошел проверку на нагрев.
     1.4. Выбор частотного преобразователя
     Преобразователь частоты  должен иметь широкий диапазон возможностей, которые обеспечивают защиту привода, двигателя и процесса от:
- пониженного напряжения
- перенапряжения
- перегрузки
- замыкания на землю
- короткого замыкания
- защита от опрокидывания
- защита от блокировки двигателя
- перегрев двигателя
     Выбор частотного преобразователя производим для двигателя с параметрами, представленными в таблице 1.2. и осуществляем по следующим параметрам:
     - По номинальному напряжению;
     - По номинальному току двигателя;
     К выбранному двигателю подберем преобразователь частоты SINAMICS G120  со следующими данными (таблица 1.3.)
Таблица 1.3. Технические данные ПЧ 
Преобразователь частоты
SINAMICS G120
Номинальный выходной ток, In A
18
Максимальный выходной ток, Imax A
26,4
Номинальная мощность при номинальном напряжении 400 В, кВт
7,5
Диапазон напряжений, В
От 380 до 480
Рассеиваемая мощность, кВт
0,24
Расход воздуха, м3/c
0,055
Масса, кг
7,5
     Преобразователь частоты SINAMICS G120 – это модульный преобразователь, отвечающий вышеперечисленным требованиям и обеспечивающий широкие функциональные возможности. Основными модульными компонентами преобразователя являются:
     * Управляющий модуль (CU)
     * Силовой модуль (PM)
     Управляющий модуль контролирует силовой модуль, к которому подключен электродвигатель. Так же управляющий модуль позволяет подключать различные типы энкодеров (CU250S-2) и различные интерфейсы связи (USS, ModBus, PROFIBUS, PROFINET, CAN) для обеспечения управления и мониторинга системы электропривода. Модульные компоненты могут свободно комбинироваться для обеспечения любых требований к функциональности и мощности системы электропривода. Диапазон мощностей составляет от 0.37 кВт до 250 кВт.
     	Был выбран силовой модуль типа PM240 типоразмером FSC с диапазоном мощностей от 7,5 до 15 кВт, а так же управляющий модуль CU250S-2 DP с поддержкой полевой шины PROFIBUS DP.
      1.5. Расчет параметров схемы замещения
     Параметры  АДК  рассчитываются по формулам 1.7-1.27 [1]
     Номинальная скорость: 
				  	       ;		         	                (1.7)                                                                               
      рад/сек     
     Скорость  идеального холостого хода:
     ;					        (1.8)
 рад/сек
     Номинальное скольжение:
                  ;         				        (1.9)
                                                                                     
     Критическое скольжение:

     Критический момент: 
           ;	                     		      (1.10)
 H?м

     Пусковой момент:
					      ;			                (1.11)
  H?м
     Фазное напряжение:
					        ;				                (1.12)
 В
     Номинальный ток: 
				        ;				                (1.13)
  A
     Ток холостого хода:
		   	             ;	               		      (1.14)
 A
     Конструктивная постоянная: 
					 ;  					      (1.15)

     Вспомогательный коэффициент:
				      ; 			                (1.16)

     Активное сопротивление ротора:
			                ;		         	                         (1.17)
 Ом
     Активное  сопротивление  статора:
				         ;			       	               	      (1.18)
 Ом
     Определим номинальный приведенный ток ротора:
			  	         ;			      	                (1.19)
 A
     Ток намагничивания: 
			 	     ;		                      (1.20)
     где 

 А
     Реактивная мощность в номинальном режиме:
		  	      	     ;		        	                          (1.21)
вар
     Индуктивное сопротивление короткого замыкания:
				     ;			       	              (1.22)
 Ом
     Индуктивность статора и ротора: 
				      ;			                                    (1.23)
 Гн
     Индуктивное сопротивление статорной цепи:
					    ;				        	                (1.24)
 Ом
     Вспомогательный коэффициент:
			         ; 			                (1.25)

     Индуктивное сопротивление намагничивания:
			      ;			         	     (1.26)
 Ом
     Индуктивность намагничивания:
    		                   		       ;			        	                (1.27)	 Гн
     Параметры, рассчитанные по формулам (1.7-1.27) были занесены в окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive.Вкладка Asynchronous Machine., рис.1.5.

Рис.1.5.  Окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive. Вкладка Asynchronous Machine.
     1.6. Синтез цифрового векторного управления
     Машины переменного тока регулировать не так просто как в ДПТ  из-за взаимодействия между потокосцеплениями статора и ротора, которые, во-первых, смещены не на 90 градусов, и, во-вторых,  смещение  зависит от режима работы. 
     Независимо друг от друга регулируемый поток и момент, как у машины постоянного тока с фиксированной и  ортогональной ориентацией полей обмотки возбуждения и обмотки якоря, в машине переменного тока можно получить  посредством ориентации тока статора по отношению к потокосцеплению ротора. 
     Такая схема регулирования называется векторным регулированием.  
     Рассмотрим модель асинхронной машины в системе координат dq, вращающейся с синхронной скоростью  , используя формулы 
			   	   			                (1.28)
				   				      (1.29)
			         				      (1.30)
							                (1.31)
	                               				      (1.32)
     где
										      (1.33)
										      (1.34)
					 					      (1.35)
			 	           					      (1.36)
     Векторное управление предполагает, что составляющая тока статора  должна быть сонаправлена с потокосцеплением ротора, и составляющая тока статора должна быть перпендикулярна  .  (См. рис.1.6.)
    
      Рис.1.6. Неподвижная и вращающаяся системы координат.
     Этого можно достичь, выбрав  как скорость вращения потокосцепления ротора и зафиксировав систему координат так, чтобы потокосцепление ротора  точно совпадало с осью d, тогда 
					 				      (1.37)
     и
											      (1.38)
     что подразумевает 
			 	       				      (1.39)
     и, что
									      (1.40)
     Из этого также следует, что 
				   			                (1.41)
     Теперь момент пропорционален составляющей , а соотношение между  потокосцеплением ротора  и составляющей  выражается линейной передаточной функцией первого порядка с постоянной времени , аналогично машине постоянного тока.
     В АДК нельзя непосредственно измерить положение вектора потокосцепления ротора. Оно может быть вычислено только косвенно из измеренных величин, например, используя рис.1.6, положение потокосцепления ротора определяется из скольжения и положения ротора.
     Далее представлена функциональная схема привода рис.1.5, на которой видно как связаны между собой двигатель и преобразователь частоты с элементами управления и силовой частью.

Рис.1.7. Функциональная схема системы векторного регулирования.
     На рисунке 1.8. представлена модель привод асинхронного двигателя с векторным управлением.
     Силовая часть электропривода представлена блоком Three-phase diode rectifier, блоком  Braking chopper и Three-phase Inverter.
     Система управления представлена блоком F.O.C. и блоком Speed Controller.

Рис.1.8. Модель Field-Oriented Control Induction Motor Drive.
     1.6.1. Подсистема F.O.C.
     Рассмотрим подробнее регулятор управления. 
     Функциональная схема регулятора векторного управления представлена на рис. 1.9.

Рис.1.9. Функциональная схема ядра F.O.C. регулятора.
     Модель подсистемы F.O.C представлена на рисунке 1.10

Рис.1.10. Модель подсистемы F.O.C. 
     Блок вычисления потокосцепления ротора   используется для оценки потокосцепления ротора двигателя. Оценка используется для синтеза уравнений двигателя.
     На рисунке представлена модель блока  Flux, реализующая уравнение 3.14, где с  период дискретизации контура потокосцепления.

Рис.1.11. Модель блока Flux Calculation.
     На входной интерфейс Id поступает значение составляющей тока статора по оси d с блока ABC-DQ.
     Блок вычисления угла ?e использован для нахождения  фазового угла вращающегося вектора потокосцепления ротора.  
     На рисунке представлена модель блока Teta Calculation.

Рис.1.12. Модель блока Teta Calculation.
			                                   		          
                                                                                                                                    (1.42)
     Блок abc-dq выполняет преобразование переменных в фазах abc в составляющей координатной системы dq вращающейся со скоростью потокосцепления ротора.
     На рисунке представлена модель блока ABC-DQ.

Рис.1.13. Модель блока ABC-DQ.
    Вычисление  составляющих тока по оси DQ реализовано по формулам:
                               (1.43)
                                (1.44)
     Блок dq-abc выполняет преобразование составляющих в координатной системе dq, вращающейся со скоростью вращения потокосцепления ротора в переменные в фазах abc.

Рис.1.14. Модель блока DQ-ABC.
					                                         (1.45)
			  	                     (1.46)
                                                                                                                     (1.47)
     Блок iqs*calculation используется для вычисления задания на потокосцепление ротора и момент для вычисления составляющих тока статора для формирования электромагнитного момента на валу двигателя.

Рис.1.15. Модель блока iqs calculation.
				          ; 				                     (1.48)
     Блок  ids*calculation (вычисление ids*) использует задание на потокосцепление ротора для вычисления составляющих тока статора для генерации потока ротора двигателя. 

Рис.1.16. Модель блока ids calculation.
                                                             	  			                          (1.49)

Рис.1.17. Модель блока Control.
     Блок вектора намагничивания содержит вектор, используемый для создания первоначального потока двигателя.

Рис.1.18. Модель блока Magnetization vector.
     Блок контроля намагничивания содержит логические элементы, используемые для переключения режима намагничивания и рабочего режима.

Рис.1.19. Модель блока Magnetization control.
     1.6.1.1. Подсистема регулятор потокосцепления
     Рассмотрим упрощённую схему контура потокосцепления.
     Упрощенная структурная схема контура потокосцепления ротора представлена на рис. 1.20. 

Рис. 1.20. Упрощенная структурная схема контура потокосцепления ротора
     Передаточная функция объекта регулирования:                                               
         ,                                                  (1.50)
     где 	- коэффициент усиления инвертора,
      - время запаздывания инвертора (для идеального преобразователя), 
      , а - сумма малых постоянных времени, которые включают и статическое время запаздывания ШИМ и время запаздывания при обработке сигнала.
      - время дискретизации.
      Параметры регулятора в соответствии с симметричным оптимумом:
                                                                                        (1.51)

          		                                           (1.52)

                                                                                                          (1.53)
                                            
     В модели регулятор потокосцепления реализован в Subsystem Flux PI.

Рис.1.21.  Subsystem Flux PI.
     Полученные значения коэффициентов регулятора потокосцепления были введены  во вкладку  Flux controller.

Рис.1.22. Окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive. Вкладка Flux controller.
     1.6.1.2. Подсистема регулятор скорости
     С целью обеспечения заданного скоростного режима и получения временных характеристик требуемого качества в системе  ПЧ – АД с векторным управлением  предусмотрена подсистема Speed controller.
     На входные интерфейсы блока регулятора скорости подаются истинная скорость N и заданная пользователем скорость N*. Регулятор скорости сравнивает эти скорости для того, чтобы сформировать на выходе задание по потокосцеплению Flux* и задание по моменту Torque*.
     Функциональная схема регулятора скорости представлена на рис. 1.23.

Рис.1.23. Модель подсистемы регулятора скорости 
Рис.1.24. Структурная схема подсистемы регулятора скорости

Рис.1.25. Модель блока Flux table
     Оптимальные значения коэффициентов усиления ПИ-регулятора могут быть найдены по формулам (1.54 -1.59):
     Механическая постоянная времени [2]
     			            ;   			                          (1.54)   
      c                                                                                                                  
     Параметры регулятора:
     			          ;  				                (1.55)
     где - коэффициент обратной связи по скорости; - коэффициент обратной связи по моменту; - малая некомпенсируемая постоянная времени, принимаем с; - коэффициент жесткости механической характеристики.
     					,				 	(1.56)
     где с -  время дискретизации регулятора; - постоянная времени ротора.
     				   	  ;  				                (1.57)
                  			   c					
     				   	
      с		
     Коэффициент усиления интегральной части регулятора
				 	 ; 					           (1.58)

     Коэффициент усиления пропорциональной части регулятора
     					,					(1.59)
     где с.
					.
     Параметры, рассчитанные по формулам (1.54-1.59) занесены в окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive. Вкладка Controller. рис.1.26.

Рис.1.26.  Окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive. Вкладка Controller.
     1.6.1.3. Подсистема регулятор тока
     Регулятор тока выполнен релейным. 
     На рис.1.27  проиллюстрировано, что ширина петли гистерезиса   релейного регулятора тока симметрична относительно величины заданного тока

Рис.1.27. Токовый коридор
     Гистерезисная модуляция - это метод управления с обратной связью по току, при котором ток двигателя ограничен границами гистерезиса для заданного тока. 
     На рис. 1.28. проиллюстрирован принцип гистерезисной модуляции.
     Регулятор формирует синусоидальный опорный  ток требуемой величины и частоты, который сравнивается с фактическим линейным током. Если ток превышает верхнюю границу гистерезиса, то верхние ключи инвертора отключаются, а нижние ключи включаются.  В результате ток начинается снижаться. Если ток проходит нижний предел границы гистерезиса, то нижние ключи инвертора выключаются, а верхние ключи включаются. В результате ток возвращается в границы гистерезиса. Следовательно, фактическое значение тока отслеживает заданное значение тока в пределах границы гистерезиса.

Рис.1.28. Принцип гистерезисной модуляции
     На следующем рисунке показаны схема управления с гистерезисной токовой модуляцией, которая содержит три токовых компаратора для каждой фазы. 

Рис.1.29. Гистерезисный регулятор тока.

Рис.1.30. Модель блока Current regulator  
     Регулятор тока является релейным регулятором с настраиваемой шириной петли гистерезиса.

Рис.1.31. Модель блока Switching control
     Блок управления переключениями использован для ограничения частоты коммутации инвертора до максимальной величины, задаваемой пользователем. 
     1.6.1.4. Подсистема звена постоянного тока и тормозного прерывателя
     Функциональная схема инвертора напряжения представлена на рис.1.32.

Рис.1.32. Функциональная  схема инвертора напряжения
     Реализованы один регулируемый источник тока  для звена постоянного тока, а так же два регулируемых источники тока  и два регулируемых источника напряжения со стороны переменного тока. Источник тока звена постоянного тока обеспечивает  среднее значение тока в звене постоянного тока:
        	       , [A] 		      	      	      (1.60)
     где - выходная мощность, - потери в устройствах силовой электроники, - напряжение звена постоянного тока.
     На стороне переменного тока двигатель получает питание от источника тока, обеспечивающего   средние значения фазных токов. При быстром регулировании  значения токов становятся  равными заданным значениям, подаваемым на регулятор тока.  Небольшой ток прикладывается для компенсации тока, потребляемого трехфазной нагрузкой (необходим, т.к. источники тока инвертора включены последовательно с  двигателем). 
     Из-за потерь тока, обусловленных недостаточным напряжением инвертора, токи генерируются двумя источниками напряжения. Источники напряжения формируют прямоугольные импульсы и позволяют формировать фазные токи во время насыщения инвертора. Каждый источник напряжения выдает либо , либо 0, в зависимости от величины импульса (1 или 0), подаваемого регулятором тока.

Рис.1.33. Модель тормозного прерывателя
     Тормозное сопротивление используется  для предотвращения перенапряжения в звене постоянного тока во время торможения двигателя или при  ускорении двигателя из-за приложенной нагрузки.
     Прерыватель активируется, когда напряжение в звене постоянного тока достигает верхнего предела петли гистерезиса. На рис.1.34. показана  гистерезисная логика тормозного прерывателя.

Рис.1.34. Гистерезисная логика тормозного прерывателя
     Параметры звена постоянного тока определяются по формулам [3] (1.61-1.64)
     Среднее напряжение в звене постоянного тока определяется по формуле: 
                                                ;			                         (1.61)
 B
     В двигательном режиме, максимальное напряжение шины постоянного тока:
     				       ;				                (1.62)
      B					
     Напряжение активизации тормозного прерывателя  должно быть немного выше максимального напряжения шины постоянного тока , поэтому принимаем  В. 
    Емкость конденсатора в звене постоянного тока:
     			              ;	 		                (1.63)                                                                           
    где – частота источника переменного тока (Гц); – заданная  пульсация напряжения, принимаем В.
                   Ф		
    Тормозное сопротивление
     			   	           ;		            	                (1.64)
      Ом
    Параметры, рассчитанные по формулам (1.61-1.64) занесены в окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive. Вкладка Converters and DC bus, рис.1.35.

Рис.1.35. Окно Field-Oriented Control Induction Motor Drive.Вкладка Converters and DC bus.
     1.6.2. Моделирование системы управления
     Синтезированная модель векторного управления представлена на рис.36

Рис.1.36. Модель системы ПЧ-АД с векторным управлением 
     В результате моделирования были получены временные зависимости тока статора, скорости вращения ротора, электромагнитного момента и напряжения в звене постоянного тока, которые представлены на рис.1.37.
Рис.1.37. Временные зависимости тока статора, скорости ротора, электромагнитного момента, напряжения в звене постоянного тока. 
     В нулевой момент времени подается задание на скорость, равное 1470 об/мин. Двигатель набирает скорость и достигает установившегося значения за 1 секунду. Это соответствует заданному времени разгона. В это время момент равен моменту динамическому.  В промежутке времени от 1 сек. до 1,25 сек. момент равен нулю, так как отсутствует динамический и статический момент. Нагрузка, равная номинальному моменту Мс=49 Н?м, подается в момент времени  1,25 сек. На графике видно как ток отрабатывает нагрузку и принимает свое номинальное значение, соответствующее Мс, и составляет 14,3 А. Снимается нагрузка в момент времени равный 1,75 сек, ток уменьшается, момент становится равным нулю. В момент времени 2 сек. происходит торможение путем списания задания, момент вновь становится динамическим. Двигатель полностью останавливается, в момент времени 3 сек.
     Анализ результатов моделирования подтверждает, что предлагаемая система автоматизированного электропривода обладает высокими динамическими свойствами, задание по скорости отрабатывается без статической ошибки, а ошибка в динамическом режиме достаточно мала. Таким образом, предлагаемая система позволит добиться высокой точности позиционирования v-образного перекладывающего.
     
30


2


.......................