Моделирование электроприводов постоянного тока

Дата публикации: 2018-02-08 07:41:23
Статью разместил(а):
Лебедева Валентина Васильевна

Моделирование электроприводов постоянного тока с п и пи – регуляторами скорости и однофазным полностью управляемым тиристорным преобразователем

Авторы: Лебедева Валентина Васильевна

и Шитик Татьяна Вацлавовна

Преподаватели спецдисциплин

Омский институт водного транспорта (филиал) ФГБОУ ВО «СГУВТ»

 

АННОТАЦИЯ: статья предназначена для сравнения применения регуляторов c П и ПИ- регуляторами скорости. ПИ-регулятор является одним из наиболее универсальных регуляторов. Фактически ПИ-регулятор – это Регулятор с дополнительной интегральной составляющей.  И- составляющая, дополняющая алгоритм, в первую очередь нужна для устранения статической ошибки, которая характерна для пропорционального регулятора. По сути, интегральная часть является накопительной, и таким образом позволяет осуществить то, что ПИ-регулятор учитывает в данный момент времени предыдущую историю изменения входной величины.

Цель работы: изучение принципа действия, статических и динамических свойств тиристорного электропривода CП и ПИ – регуляторами скорости.

Ключевые слова: Принцип действия электропривода, выходное напряжение, моделирование электроприводов, статическая ошибка.

ABSTRACT

This article is intended to compare the use of proportional regulators to proportional integrable - speed controls. Proportional-integrated regulator is one of the most versatile controllers. In fact, a proportional-integrate controller is a Controller with additional integral component. Integrate component which complements the algorithm, we need to eliminate the static error, which is characteristic of a proportional controller. In fact, the integral part is cumulative, and thus allows that the PI controller takes into account in a given time the previous history of changes of the input variable.

Objective: to study the principle of operation, static and dynamic properties of thyristor P and PI speed controllers.

Keywords: The principle of operation of the actuator, the output voltage, simulation electric drives, static error

 

Описание исследуемых электроприводов

Структурная схема электропривода приведена на рисунке 1.
Рисунок 1. Структурная схема электропривода

Здесь  – сопротивление и ток якорной цепи;

– угловая скорость вала двигателя;

 – момент нагрузки;

 – электромагнитная постоянная времени;

 – конструктивный коэффициент;

– заданная скорость двигателя;

 – передаточная функция регулятора скорости;

 – в случае П – регулятора;

 – в случае ПИ – регулятора;

ТП – тиристорный преобразователь.

Структурная схема ТП приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема ТП

Она состоит из системы импульсно-фазового управления (СИФУ) и силовой части. Назначение СИФУ – преобразование входного непрерывного напряжения управления в угол управления , отсчитываемого от момента естественного отпирания тиристоров.
Силовая часть однофазного полностью управляемого тиристорного преобразователя приведена на рисунок 3.

Рисунок 3. Силовая часть однофазного полностью управляемого тиристорного преобразователя


Временные диаграммы работы ТП в режиме непрерывных токов приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Временные диаграммы работы ТП в режиме непрерывных токов

Здесь  – угол управления,

 – угол проводимости тиристоров.

Среднее значение выходного напряжения за период (рис. 4)

(1)

где  – амплитуда выходного напряжения вторичной обмотки силового трансформатора.

Тогда при  величина , при .

   Отсюда видно, что для осуществления пропорциональной зависимости между напряжением управления и величиной  необходимо обеспечить: при  угол управления  должен быть , при  величина . Такое соотношение между  и можно выполнить применением ГЛИН с формой выходного напряжения , показанной на рисунке 5.

Рисунок 5. ГЛИН с формой выходного напряжения

Определим связь между углом управления  и напряжением управления:

Формирование импульса напряжения, открывающего тиристор, происходит, когда

Решая (2) относительно , получим

(3)

Тогда, с учетом (1), окончательно получим

(4)

Зависимость  приведена на рисунке 6.

Рисунок 6. Зависимость.

Возможна грубая линеаризация нелинейной характеристики. В этом случае принимают ... где (5)

– коэффициент передачи ТП.

Найдем амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, необходимую для обеспечения вращения вала двигателя в заданном диапазоне скорости и момента сопротивления. Тогда среднее значение за период выходного напряжения ТП:

(6)

Это напряжение обеспечиваются минимальным углом управления:

(7)

Результат расчета по (7) зависит от интуиции проектировщика (удачного выбора ).

Необходимо учитывать, что тиристоры ТП могут открыться, только если величина напряжения сети больше противо-ЭДС двигателя.

(8)

Поэтому величину, рассчитанную на основании (7), необходимо проверить на выполнение условия (8).

Возможен расчет  без предварительной оценки величины . Из (8):

(9)

Учитывая (7), (9) и получим:  (10)

Выражение (10) позволяет определить амплитуду выходного напряжения вторичной обмотки трансформатора, достаточную для обеспечения вращения вала двигателя со скоростью и момента сопротивления.

Моделирование исследуемых электроприводов на ЭВМ производится с помощью программного пакета «СИМТЕХ». Структурная схема привода с       П – регулятором  приведена на рисунке 7.


Временные диаграммы работы блоков модели ТП приведены на рисунке 8.

Рисунок 8. Временные диаграммы работы блоков модели ТП

Система импульсно-фазного управления (СИФУ) состоит из блоков 20 – 29. Выходное напряжение генератора линейно изменяющегося напряжения (блок 21) сравнивается с напряжением управления (блок 19) в сумматоре 22, выходной сигнал которого приведен на рисунок 8. Одновибратор 23 формирует короткий импульс в момент перехода входного напряжения из отрицательной области в положительную. Этот импульс поступает на вход элемента И (блок 5). Синусоидальный генератор (блок 6) имитирует вторичную обмотку силового трансформатора, выходное напряжение которого с помощью реле (блок 4) преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов (рис. 8). Эти импульсы подаются на второй вход элемента И (блок 5). В момент совпадения входных импульсов на выходе блока 5 формируется импульс, который устанавливает триггер 3 в единичное состояние. Последний замыкает контакты реле 8 через которые напряжение со вторичной обмотки трансформатора (блок 6) подается на якорь двигателя (блок 10). Ток якоря инвертируется блоком 11. В момент перехода напряжения блока 11 из отрицательной области в положительную (он соответствует уменьшению тока якоря до нуля) одновибратор 12 формирует короткий импульс, который подается на первый вход элемента И (блок 1). На второй вход блока 1 поступает выходное напряжение триггера 3. Поскольку оба сигнала находятся в единичном состоянии, на выходе блока 1 формируется импульс, который сбрасывает триггер 3 в нулевое состояние. Последний размыкает контакты реле 8, что соответствует закрытому состоянию тиристоров преобразователя.

 

Список литературы:

1.     Михайлов О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов. – М.: Машиностроение, 1990.

2.     Зимин Е.Н., Яковлев В.И. Автоматическое управление электроприводами. – М.: Высшая школа, 1979.

3.     Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева.