Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные способы и системы управления электроприводом
1.1. Введение 10
1.2. Современные способы управления электроприводами 14
1.3. Системы управления электроприводов на базе асинхронного двигателя 24
1.4. Системы управления электроприводов на базе вентильного и вентильно-индукторного двигателя 36
1.5. Системы управления электроприводов на базе машины двойного питания и асинхронизированного вентильного двигателя 47
1.6. Выводы 56
ГЛАВА 2. Разработка математической модели двигателя двойного питания при векторном управлении
2.1. Введение 59
2.2. Постановка задачи разработки математической модели двигателя двойного питания 62
2.3. Математическая модель двигателя двойного питания в векторно-матричной форме 81
2.4. Математическая модель двигателя двойного питания в скалярной форме 87
2.5. Математическая модель двигателя двойного питания при векторном управлении 100
2.6. Математическая модель двигателя двойного питания при векторном управлении с учетом потерь в стали и намагничивания 110
2.7. Выводы 118
ГЛАВА 3. Разработка системы регулирования и имитационной модели асинхронизированного вентильного двигателя при векторном управлении
3.1. Введение 120
3.2. Расчет параметров базовой машины 123
3.3. Определение регуляторов для асинхронизированного вентильного двигателя 126
3.4. Расчет параметров регуляторов 137
3.5. Моделирование системы регулирования электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем 141
3.6. Имитационная модель электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем при векторном управлении 148
3.7. Выводы 172
ГЛАВА 4. Моделирование режимов работы электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем
4.1. Введение 174
4.2. Моделирование силовой части ротора и статора 177
4.3. Моделирование переменных привода при векторном управлении 187
4.4. Моделирование привода при стабилизации основного магнитного потока ц/g - const 196
4.5. Моделирование ортогонального управления приводом с асинхронизированным вентильным двигателем 205
4.6. Моделирование привода в режиме упора- 214
4.7. Выводы 222
ГЛАВА 5. Разработка функциональной схемы \ макетного образца электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем .225
Заключение 241
Литература
- Системы управления электроприводов на базе асинхронного двигателя
- Математическая модель двигателя двойного питания в векторно-матричной форме
- Моделирование системы регулирования электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем
- Моделирование ортогонального управления приводом с асинхронизированным вентильным двигателем
Введение к работе
Актуальность темы.
Математическое моделирование является перспективным направлением в разработке и исследовании современных вентильных управляемых электромеханических систем. Одним из вариантов таких систем является двигатель двойного питания (ДДП) на базе контактного и бесконтактного вентильного двигателя, получивший название «асинхронизированного вентильного двигателя» (АВД), который имеет существенные преимущества по сравнению с частотно-регулируемым электроприводом (377) на базе синхронного и асинхронного двигателей (АД). Они связаны с тем, что использование мощного 377 с Ді^при тяжелых условиях пуска характеризуется существенным недостатком - отсутствием коммутации тока статора с фазы на фазу при неподвижном роторе. В результате при максимальном пусковом моменте, сопровождающимся длительным режимом упора, возникают перегрузки пусковым током в цепи статора преобразователя частоты (ПЧ). Для предотвращения аварийных режимов работы 377 необходимо ограничивать по времени данный процесс, либо использовать силовую часть, рассчитанную на большие токи. Последнее делает затруднительным применение данных ПЧ в тяговом приводе, ввиду увеличения мас-согабаритных показателей, кроме того, необходимо обеспечить рекуперативное торможение до полной остановки и максимальный КПД в режиме рабочих скоростей.
Машинно-вентильный каскад на основе АВД имеет в своем составе асинхронный двигатель с фазным ротором (контактный вариант) и два преобразователя частоты в статоре и роторе. Процесс его пуска начинается с подачи в цепь ротора трехфазного переменного тока низкой фиксированной частоты для создания в двигателе вращающегося электромагнитного поля, обеспечивающего успешную коммутацию тиристоров ПЧ якоря. В дальнейшем разгон насыщенной машины осуществляется подачей питающего напряжения в цепь статора, что существенно облегчает пуск АВД при максимальном моменте сопротивления в режиме упора.
Глубокие теоретические и практические исследования в области ДДП проведены во ВНИИ Электроэнергетики под руководством М.М. Ботвинника и Ю.Г. Шакаряна, отражены в работах Г.Б. Онищенко, А.Е. Загорского, СВ. Хва-това и ряда других ученых. Существенный вклад в развитие теории АВД внес коллектив научно-исследовательской лаборатории вентильных электрических машин Мордовского государственного университета под руководством профессора Ю.П. Сонина. Итогом многолетней работы стала научная концепция обобщенной электромеханической системы (ОЭМС), которая представляет собой обобщенный электромеханический преобразователь на базе контактного и бесконтактного АВД со статическими ПЧ в его обмотках статора и ротора. В зависимости от законов управления преобразователями частоты ОЭМС позволяет реализовать три основных режима АВД - обобщенный асинхронный, обобщенный синхронный и обобщенный двигатель постоянного тока (ОДПТ). Перспективным направлением исследования является режим ОДПТ, который
позволяет при векторном управлении (t// = const, \j/g _L/5) в рабочих режимах
АВД получить улучшенные электромеханические характеристики каскада.
Практическая реализация такой сложной машинно-вентильной системы является трудоемкой задачей, требующей значительных временных и материальных затрат на разработку и отладку. Применение проблемно-ориентированного имитационного моделирования дает возможность получить адекватное представление о процессах электромеханического преобразования энергии, проходящих в ЭП и сделать выводы об эффективности использованных законов управления. Таким образом, создание имитационной модели ЭП на базе АВД с векторным законом управления для анализа электромеханических характеристик в различных режимах его работы, является актуальной задачей.
Цель и задачи диссертационной работы.
Целью диссертационной работы является разработка математической модели, комплекса имитационного моделирования и программ для исследования динамических режимов электромеханической системы на базе АВД с векторным законом управления.
Для достижения указанной цели в диссертационном исследовании решены следующие задачи:
1. Разработана математическая модель ДДП при векторном управлении с
опорным вектором основного магнитного потока \pg .
На основе полученной математической модели предложен вариант функциональной схемы электропривода с системой управления.
Разработана и рассчитана замкнутая система управления переменными ЭП на базе принципов подчиненного регулирования.
Разработан комплекс имитационных моделей ЭП с векторным управлением в среде моделирования Matlab Simulink.
Проведен детальный анализ переходных электромеханических и электромагнитных процессов ЭП при различных режимах его работы.
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы и математические модели теории электрических машин, автоматического управления, регулируемого ЭП и моделирования на ЭВМ в среде Matlab Simulink.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель динамических переходных
процессов двигателя двойного питания, где магнитный поток формируется по
цепи ротора, а ортогональность векторов потокосцепления в воздушном зазоре
и тока статора - по цепи якоря. В известных моделях и системах управления
регулирование осуществляется только по одному каналу - статору или ротору.
2. На основе частных математических моделей получены передаточные
функции и структурные схемы при управлении со стороны статора и ротора,
где в качестве опорного вектора определен вектор потокосцепления в
воздушном зазоре.
3. С использованием разработанной имитационной модели получена
система автоматического регулирования для реализации векторного управления ЭП с АВД, обеспечивающая постоянство потокосцепления в воздушном зазоре и ортогональность его вектора и вектора тока статора.
4. При помощи комплекса разработанных имитационных моделей и программ проведено исследование динамических характеристик электропривода с АВД при векторном законе управления, а также выполнено сравнение полученных результатов с результатами натурного эксперимента, полученными в других работах.
Практическая ценность работы.
Предложена, в результате теоретических исследований и имитационного моделирования переходных электромеханических и электромагнитных процессов, методика проектирования ЭП с векторным управлением на базе двигателя двойного питания.
Составленная и зарегистрированная программа расчета коэффициентов регуляторов ДДП при векторном управлении для автоматизации процесса расчета замкнутой системы автоматического управления.
Полученные в диссертационном исследовании результаты моделирования дают возможность дальнейшей практической реализации электромеханической системы на основе АВД с микропроцессорной системой управления.
Реализация результатов работы.
Разработанные математические модели используются в учебном процессе на факультете электронной техники ГОУВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева» по курсам «Электрические машины» и «Вентильные электрические машины» в виде методики проектирования ЭП с векторным управлением.
На защиту выносятся следующие положения:
Математическая модель двигателя двойного питания для исследования динамических режимов работы ЭП с АВД.
Комплекс имитационных моделей и программ ЭП на базе ДДП при векторном управлении в среде моделирования Matlab Simulink.
Имитационная модель и результаты ее исследования в переходных электромеханических и электромагнитных процессах АВД при различных режимах работы.
Апробация результатов работы.
Положения и результаты диссертационной работы обсуждались на:
Научно-практических конференциях «Наука и инновации в Республике Мордовия» (Саранск, 2006-2008 гг.);
Международных конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2006 г., 2008 г.);
Научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии» (Тольятти, 2007 г.);
Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 2007 г.);
Международной научно-технической конференции «Актуальные про-
блемы электронного приборостроения» (Саратов, 2008 г.);
6. Объединенных научных семинарах Средневолжского математического общества и кафедры прикладной математики ГОУВПО «Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева» (Саранск, 2007 г., 2009 г.).
Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных трудов, из них 2 - в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 - патента на изобретение, 1 - свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Основная часть работы изложена на 259 страницах машинописного текста, содержит 136 рисунков и 1 таблицу.
Системы управления электроприводов на базе асинхронного двигателя
Система управления ЭП содержит два контура регулирования: внутренний контур тока якоря.(КТ) и внешний контур скорости (КС).
Контур тока, включает в себя силовую часть электропривода (УП) с выходом по току якоря, цепь отрицательной обратной связи по току якоря (ДТ) и регулятор тока якоря (РТ). На входе РТ сравнивается задание тока якоря и величина обратной связи, поступающая с датчика тока ДТ. Сигнал ДТ формируется пропорционально току якорной цепи двигателя.
Контур скорости двигателя включает в себя замкнутый КТ, цепь отрицательной обратной связи по скорости двигателя (ДС) и регулятор скорости (PC). На входе PC сравнивается задание скорости, подаваемое с выхода задающего устройства (ЗУ), и величина обратной связи по скорости двигателя, поступающая от ДС (тахогенератор, энкодер и др.). Тип PC определяется требованиями к точности регулирования скорости, т.е. его статической характеристики.
Системы подчиненного регулирования содержат блоки- ограничения уровней выходных сигналов регуляторов для контроля переменных привода не превышающих номинальные значения.
Модальное управление. Ряд современных регулируемых ЭП, даже в линейном приближении, представляют собой объекты управления, которым трудно придать устойчивость, тем более требуемые высокие динамические показатели движения рабочего органа. К таким электроприводам можно отнести приводы со многими! взаимосвязанными, координатами, с несколькими входами и выходами, с многомассовой подвижной частью, например, многодвигательные электроприводы некоторых типов манипуляторов, роботов, локаторов, электроприводы некоторых подъемно-транспортных машин, поворотных антенных установок и т.п.
Данный тип электропривода как динамическая система характеризуется большой размерностью (высоким порядком результирующего дифференциального уравнения). Стабилизировать их движение простыми средствами управления в виде одной обратной связи по выходной координате и одного регулятора не удается ввиду большого числа переменных, определяющих динамическое состояние электропривода.
Для данного типа электроприводов может оказаться эффективным известный из теории автоматического управления способ регулирования, называемый модальным управлением [73]. Общий вид такой системы показан нарис. 1.4.
Известно, что отрицательная обратная связь по какой-либо координате объекта управления- стабилизирует эту координату, т.е. в той или иной мере поддерживает ее постоянной при неизменном задании и наличии возмущений внутри контура. Поэтому можно полагать, что если замкнуть ОУ по всем координатам, характеризующим его состояние в любой момент времени и называемыми переменными состояния, то при соответствующем подборе коэффициентов обратных связей можно получить желаемые характеристики объекта управления относительно выходных координат.
Здесь также в качестве БД может использоваться требуемая электрическая машина, использование которой определяется характером технологического процесса [1, 30, 70].
Векторное управление. Данный принцип управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом связан как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и с взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системе координат [114, 126]. За счет регулирования амплитудных значений переменных и углов между их векторами обеспечивается полное управление АД как в статике, так и в динамике, что дает заметное улучшение качества переходных процессов. Именно этот факт и является определяющим при выборе систем с векторным управлением.
Информация о текущих значениях и пространственном положении векторов переменных АД может быть получена как прямым их измерением с помощью соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД [11, 151, 154]. Конфигурация и сложность такой модели определяются техническими требованиями к электроприводу. В общем случае подобные системы с косвенным регулированием координат электропривода из-за нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим статическим и динамическим показателям системам с прямым векторным управлением. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом достоинство систем с. косвенным регулированием заключается в простоте технических решений и, следовательно, в практической надежности [52]. Более подробно системы векторного управления АД будут рассмотрены в следующем разделе.
Адаптивное управление. Рассмотренные способы управления с модальным и подчиненным регулированием координат электропривода распространяются на линейные объекты управления с заранее известными и неизменными параметрами. При изменении параметров нарушаются условия оптимизации, заложенные при синтезе соответствующих регуляторов, и динамические показатели электропривода ухудшаются. Особенно чувствителен к изменениям параметров способ подчиненного регулирования, который основывается на принципе компенсации больших постоянных времени. Для сохранения показателей качества электропривода в условиях изменяемости его параметров возникает задача адаптации, т.е. приспосабливаемости к новым условиям. Эта задача решается автоматическим путем - изменением параметров регуляторов, а также формированием дополнительных воздействий к действиям регуляторов [13]. В теории автоматического управления наиболее детально разработаны беспоисковые адаптивные системы управления (БАС) применительно к различным стационарным и квазистационарным объектам управления, в том числе и к электромеханическим системам [81].
Математическая модель двигателя двойного питания в векторно-матричной форме
Создание регулируемого 377 с высоким качеством управления его координатами (скоростью, моментом, токами и т.д.) связано с углубленным исследованием электромагнитных процессов в нем. Основополагающим здесь является корректное математическое описание базовой машины как объекта управления. При этом с позиции одновременного удовлетворения задачам анализа и синтеза математическая модель должна сочетать в себе необходимую _, точность и в то же время достаточную простоту. Это обеспечит возможность і получения на ее основе структурных схем базовой машины, используемых при синтезе ЭП и его отдельных функциональных элементов.
Для анализа переходных процессов и энергетических характеристик в теории электрических машин широко используются математические модели. Первоначально уравнения математической модели описывали установившиеся режимы работы. Процессы преобразования энергии в электрических машинах в установившихся режимах представляются общеизвестными комплексными уравнениями [62]. Геометрическим образом уравнений являются векторные диаграммы и схемы замещения. Они получили большое распространение, однако являются лишь геометрическим образом комплексных алгебраических уравнений, пригодных для описания процессов в электрических машинах в установившемся режиме и при круговом поле в воздушном зазоре, т.е. применимы для самого простейшего частного случая электромеханического преобразования энергии. В некоторых работах и сейчас схемы замещения и векторные диаграммы необоснованно применяются для анализа несимметричных многообмоточных машин при наличии спектра гармоник поля в воздушном зазоре и т.п.
Важным шагом, в. развитии теории электромеханического преобразования- энергии явилось создание математических моделей, описывающих динамические режимы [63]. Математическая модель на базе дифференциальных уравнений значительно богаче схем замещения и векторных диаграмм. Они имеют более глубокий физический смысл и адекватно отражают процессы электромеханического преобразования энергии. Впервые данные модели электрических машин появились в конце 20-х годов в работах Р. Парка и А.А. Горева. В» начале 30-х годов Г.Н. Петровым были составлены дифференциальные уравнения трансформаторов. Особое значение имели работы Г. Крона, который в это же время написал уравнения динамики для обобщенной электрической машины [49].
Рабочие процессы в многополюсной машине можно свести к процессам в двухполюсной, поэтому обычно рассматривается двухполюсная машина. В двухфазной машине — четыре обмотки и уравнений напряжений также четыре. Исследуется идеализированная машина с гладким воздушным зазором без пазов на роторе и статоре, с обмотками в виде токовых слоев, имеющих синусоидальное распределение МДС. Она ненасыщенна, не имеет нелинейных сопротивлений, поэтому при питании обмоток синусоидальным напряжением поле в воздушном зазоре синусоидальное. Все электрические машины с круговым полем в воздушном зазоре могут быть получены из обобщенной электрической машины.
При исследовании обобщенной, машины предполагается, что обмотки статора и ротора имеют одинаковое число витков, т.е. рассматривается приведенная электрическая машина. Взаимная индуктивность и индуктивности рассеяния обмотки фазы определяются расчетным или опытным путем (по схемам замещения и формулам проектирования). Предполагается , что имеется рабочий поток, сцепленный с обмоткой статора и ротора, и потоки рассеяния, связанные только с одной из обмоток.
В основе широко используемых для решения задач анализа и синтеза уравнений Парка-Горева лежит ряд описанных выше допущений. В реальной же машине обычно имеет место локальное насыщение магнитного материала, присутствуют вихревые токи и дополнительные потери, проявляются эффекты «вытеснения» токов при повышенной частоте и т.д. К тому же магнитный материал при наличии поля анизотропен, т.е. имеет свойство локального намагничивания вдоль существующего поля и в ортогональном направлении [54].
Для АД как базовой машины АВД характерен высокий порядок уравнений электромагнитных и электромеханических процессов, их нелинейность, зависимость коэффициента уравнений (параметров) от температуры и режима работы двигателя. На практике же модель часто уточняют коррекцией значений параметров (сопротивлений обмоток) при изменении температуры. Также вводятся дополнительные слагаемые, позволяющие учесть вихревые потери и потери на гистерезисное перемагничивание стали и др.
Несмотря на все допущения, преобразования Парка-Горева в настоящее время являются основным методом описания сложных электрических машин и позволяют с достаточной степенью точности и простоты осуществлять исследование электромагнитных процессов. Таким образом, целью данной главы является синтез, на базе классических преобразований Парка-Горева, математической модели базовой машины, представление ее как объекта управления для дальнейшего построения замкнутой системы управления координатами и функциональной схемы ЭП для МДП.
Асинхронные и синхронные машины строятся почти исключительно с симметричной трехфазной обмоткой на статоре, в результате протекающие по отдельным обмоткам токи создают магнитное поле в круговом воздушном зазоре, которое приближенно можно считать синусоидальным. Данное вращающееся магнитное поле можно представить пространственным вектором, равным по абсолютной величине амплитуде результирующей синусоидальной волны и направленным вдоль этой амплитуды, который вращается с синхронной скоростью, соответствующей частоте сети. В любой момент времени вращающейся вектор результирующей намагничивающей силы определяется мгновенными значениями намагничивающих сил отдельных фаз, и, наоборот, мгновенные значения фазных намагничивающих сил определяются вектором результирующей [147]. Математически данное преобразование к единому пространственному вектору описывается следующим образом:
Моделирование системы регулирования электропривода с асинхронизированным вентильным двигателем
Теория регулируемого электропривода постоянно развивается вместе с совершенствованием конструктивных решений. Особенно интенсивное развитие она получила в последнее время благодаря усовершенствованию традиционных и созданию новых силовых управляемых полупроводниковых приборов, интегральных схем, развитию цифровых информационных технологий и разработке разнообразных систем микропроцессорного управления.
Современные компьютерные технологии, в основе которых лежат прикладные пакеты, предоставляют возможность более глубокого изучения вопросов, связанных с проектированием полупроводникового электропривода [32-35, 37, 42, 43, 101, 140, 141]. В первую очередь следует отметить пакет MatLab с широко развитыми дополнениями {Toolboxes), из которых Toolbox Simulink наиболее приспособлен для анализа и синтеза различных систем. Simulink предоставляет самые различные возможности, начиная от структурного (математического) представления системы и заканчивая генерированием кодов для программирования микропроцессоров в соответствии со структурной схемой модели.
Специально для решения задач проектирования электронных блоков систем электропривода в настоящее время также разработано значительное количество прикладных компьютерных пакетов. Хорошо зарекомендовали себя прикладные пакеты, в основе которых использовался пакет Pspice. К этим пакетам относятся OrCAD9, Realise, DesighnLab, Worbench, Circuit Marker и др.
Для изучения и анализа несложных схем чрезвычайно привлекательным является пакет Workbench, который по существу представляет собой виртуальную лабораторию с достаточно широкими возможностями.
Гораздо более широкими возможностями обладает пакет OrCAD9, объединивший в себе возможности анализа, синтеза, расчёта и конструирования электронных схем и обладающий к тому же очень обширной библиотекой (более 200 тыс.) электронных компонентов.
Этот пакет позволяет проводить самый глубокий анализ электронных блоков, осуществлять проектирование печатных плат для разработанной и исследованной электронной схемы, создавать управляющие файлы для фотоплоттеров. Дополненный специальными пакетами (PLSyn, Max+plusII, XACTStep), пакет OrCAD позволяет синтезировать программируемые логические интегральные схемы {ПЛИС) типа Altera, Xilinx и другие.
Отдельно следует сказать о прикладной системе "Элтран", которая широко используется на кафедре промышленной электроники Мордовского государственного университета (г. Саранск) и предназначена преимущественно для моделирования статических вентильных преобразователей [136]. Следует отметить, что несмотря на все свои достоинства пакет "Элтран" имеет довольно сложный входной язык описания моделей, а размер их ограничен. Новая версия пакета находится только на стадии разработки и далека от завершения.
Заканчивая беглый обзор современных компьютерных технологий, следует подчеркнуть ещё одну возможность решения проблем проектирования. Схема управления инвертором может быть реализована на микропроцессоре. Возможность такой реализации предоставляет Toolbox пакета MatLab — Real Time Workshop.
Одной из основных проблем при исследовании полупроводникового электропривода является проблема декомпозиции. Дело в том, что различные процессы в системе имеют разные масштабы времени. Например, переходные процессы в электромеханической части системы протекают в течение единиц десятков секунд, а электромагнитные переходные процессы при переключении силовых транзисторов длятся микросекунды. Разница в длительности процессов здесь составляет девять порядков.
В настоящее время нет прикладных пакетов, которые позволили бы исследовать систему с одновременным учётом тех и других переходных процессов. Однако и те и другие оказывают существенное влияние на характеристики системы и должны быть учтены. Решение этой проблемы базируется на разделении (декомпозиции) системы в пространстве и во времени с обоснованным выбором на каждом шаге определённой модели, а иногда и отдельного прикладного пакета.
Задачи проектирования полупроводникового электропривода с достаточной точностью решаются в пакете MatLab, Simulink [34].
Для решения систем дифференциальных уравнений численными методами Simulink имеет в своем составе решатель дифференциальных уравнений, построенный в виде программного цифрового интегратора. Пользователь может выбрать один из методов решения уравнений - Рунге-Кутта, Эйлера или Адамса. Эти методы реализованы в виде рекуррентных формул, в которых очередной шаг решения осуществляется с использованием данных, полученных в одном или нескольких предшествующих шагах. Можно задавать способ изменения модельного времени (с постоянным или переменным шагом), а также условия окончания моделирования.
Ценность Simulink заключается и в обширной, открытой для изучения и модификации, библиотеке компонентов. Она включает в себя источники сигналов с практически любыми временными зависимостями, масштабирующие линейные и нелинейные преобразователи с разнообразными формами передаточных характеристик, квантующее устройство, интегрирующие и дифференцирующие блоки и т. д. Таким образом, выбор пакета Simulink программной среды Matlab полностью удовлетворяет требуемым задачам моделирования регулируемого электропривода.
Моделирование ортогонального управления приводом с асинхронизированным вентильным двигателем
Сглаживание скачкообразного изменения сигналов 2 и 2/t связанного с особенностями измерения длительности периода, осуществляется в блоках Filtr_t2 и Filtr_t2k.
По вычисленным временам управляющих импульсов ( и tjfc,) в подсистемах PulsesjDsn и Pulses_Kom моделируется их распределение на временной оси при помощи таймеров в реальной системе управления. Данные подсистемы изображены на рис. 3.35 и отличаются лишь параметрами задания порогов срабатывания.
Интеграторы ведут отсчет временных интервалов, их запуск осуществляется по положительному (tim2, tim4, tim6), либо отрицательному (timl, timS, timS) фронту соответствующих логических сигналов входа Pulses. Интегрирование начинается с некоторой отрицательной величины, поданной на вход Bt2 или BKt2. Срабатывание групп компараторов {кир и kdowri) и обработка их выходных логических сигналов элементом «исключающего или» (хог) обеспечивает формирование управляющих импульсов для соответствующих тиристоров силовой части ИТ. Первоначально устанавливается сигнал компаратора группы кир в тот момент, когда выходной уровень сигнала подключенного к нему интегратора достигнет значения близкого нулевого.
Компараторы группы kdown переключаются позднее в момент, который определяется заданием данной подсистемы и логикой работы интегратора. В случае, когда входной сигнал компаратора меньше определенного значения, то на выходе присутствует уровень логического нуля, в противном случае на выходе присутствует уровень логической единицы.
Таким образом, на мультиплексированных выходах (Osn и Кот) подсистем формируются импульсы управления тиристорами, их ширина определяется разностью порогов срабатывания группы kdown относительно кир и скоростью интегрирования, задаваемой на входе РИа подсистемы. Установка параметров компараторов осуществляется одновременно для каждой группы через параметры подсистемы {Block Parameters) с целью облегчения модификации и отладки.
Внутренняя структура реального блока раздачи импульсов управления основными тиристорами (RunOsn) приведена на рис. 3.36. Входными параметрами являются сформированные в блоке PulsesOsn, импульсы и разрешающий уровень сигнала Еп.
Для обеспечения работоспособности инвертора в режиме прерывистых токов в данной подсистеме проводится сдваивание импульсов (Блоки логического «или» - OR). Блоки логического «и» (AND) и Ж-триггер (SRJriger) в соответствии с уровнем разрешающего сигнала (Еп) позволяют запретить выдачу импульсов на начальном этапе моделирования, когда во входных каскадах идут сложные переходные процессы и возможны как пропуски, так и появления ложных импульсов.
В связи с особенностями заряда коммутирующих конденсаторов в выбранной силовой схеме, подача импульсов всегда начинается с первого тиристора, но при условии наличия уровня логической единицы на входе Еп.
Внутренняя структура реального блока раздачи импульсов управления коммутирующими тиристорами (Run_Kom) приведена на рис. 3.37. Входными параметрами являются сформированные в блоке PulsesKom импульсы, разрешающий уровень сигнала Еп, импульсы и логический сигнал Swt с реального распределителя RunOsn.
Блок Selector выполняет сдвиг вектора импульсов коммутирующей группы циклически на две позиции. Состояние входа Swt запрещает выдачу каких-либо импульсов управления до начала нормальной работы инвертора с естественной коммутацией, на входах Swt и Еп должны присутствовать уровни логического нуля. Чтобы обеспечить зарядку коммутирующих конденсаторов с нужной полярностью, необходимо дополнительное открытие тиристоров. В этом режиме некоторые из управляющих основными тиристорами импульсов через блоки AND и OR с входа Osn подаются на вспомогательные VS3 , VS4 и VS5 . Это необходимо для дальнейшего перехода на искусственную коммутацию вентилей путем формирования разрешающего сигнала Еп и срабатывания Ж-триггера (SRjriger) в момент появления импульса управления тиристором VS1 . Синхронизация другим импульсом недопустима и приведет к немедленному опрокидыванию инвертора.
Силовая часть инвертора в цепи статора реализована в подсистеме Tiristr, ее внутренняя структура показана на рис. 3.38.
Она представляет собой обычную схему трехфазного мостового зависимого инвертора с двухступенчатой искусственной коммутацией. Блоки vsl - vs6 моделируют основные вентили, a vsl_k — vs6_k - коммутирующие. Управляющие импульсы поступают с соответствующих входов GateOsn и Gate_Kom. Блоки clk_l, с2к_2 и сЗк_3 моделируют коммутирующие конденсаторы. Напряжение Uд поступает через вход Anod и выход Katod. В связи с тем, что анализ процессов в инверторе довольно сложен и не ставился целью данной работы, модели тиристоров выбраны упрощенными. Через вход ABC в подсистему подается трехфазное напряжение, относительно которого выполняется синхронизация и раздача импульсов. Вместе с подсистемами Impl
