44

Цель работы

Расчет параметров и моделирование двухканальной системы векторного управления АД при его питании от преобразователя частоты средствами программного пакета Matlab.

Задание

1. Изучить принцип работы преобразователя частоты (ПЧ) – автономного инвертора напряжения с широтно-импульсной модуляцией.

2. Рассчитать параметры АД в соответствии с вариантом задания. Исследовать на ЭВМ АД в различных системах координат.

4. Ознакомится со структурной схемой системы векторного управления АД и начертить ее.

5. Рассчитать параметры всех регуляторов.

6. Ввести в ЭВМ модель разработанной системы векторного управления электропривода и исследовать переходные процессы в различных режимах работы.

7. Провести обработку полученных графиков переходных процессов и дать их анализ.

8. Сделать выводы.

Исходные данные

Вариант №4

Тип двигателя K21R 160 M6

Мощность, Р, кВт 5,9

Номинальное напряжение, U_н,B 400

Номинальный ток, I_н, А 12,2

Момент инерции 0,053

Номинальная скорость, n_н, об/мин 960

Активное сопротивление статора, R_s, Ом 0,7793

Реактивное сопротивление статора, x_sl, Ом 1,237

Активное приведенное сопротивление

ротора , Ом 0,7467

Реактивное приведенное сопротивление

рассеяния ротора x_rl , Ом 1,53

Главное индуктивное сопротивление, 30,36

,Ом

Содержание

Введение 5

1 Общие теоретические положения 6

1.1 Силовые полупроводниковые приборы 6

1.2 Инвертор напряжения 7

1.3 Математическая модель асинхронного двигателя во вращающейся ортогональной системе координат, ориентированной по потокосцеплению ротора 10

Система координат α, β применяется для анализа систем электропривода с управлением двигательными и тормозными режимами асинхронных машин по цепи статора, в том числе при анализе систем с векторным управлением и для исследования режимов при несимметрии статорных цепей. 18

, (25) 22

Модели d,q, также как и x,y, привязаны к скорости поля статора (или ротора), что ограничивает область их применения только случаями питания статора АД синусоидальнымнапряжением. 23

(27) 23

Таким образом получаем: 23

Рисунок12 - Структурные схемы АД в системах координат d, q 24

2 Расчет параметров двигателя и регуляторов 25

2.1 Расчет параметров двигателя 25

2.2 Расчет регуляторов 28

Заключение 43

Список источников литературы 44

Введение

В последнее время частотно-регулируемый электропривод переменного тока и, прежде всего, асинхронный электропривод стал главным типом регулируемого промышленного электропривода серийно выпускаемого ведущими отечественными и зарубежными электротехническими фирмами.

Основным силовым преобразователем энергии такого электропривода являются полупроводниковые преобразователи частоты на полностью управляемых коммутируемых элементах типа силовых транзисторов (IGВT) и запираемых тиристоров (IGCT).

Если на этапах развития до 80-х годов основным типом преобразователей частоты были преобразователи по схеме «неуправляемый выпрямитель – ШИМ-инвертор», в связи с чем в электроприводе реализовывались, преимущественно, тормозные режимы с рекуперацией энергии на тормозные сопротивления, то в настоящее время развита теория и практика создания электроприводов с активным выпрямителем (или выпрямителем с активным передним фронтом AEFT), обеспечивающим реализацию тормозных режимов с рекуперацией электроэнергии в сеть и управляемым коэффициентом мощности и коэффициентом нелинейных искажений.

С развитием силовой и слаботочной электроники открылись новые возможности замены двигателей постоянного тока, являющихся основным видом двигателя в высокоточных электроприводах, асинхронными двигателями, являющимися значительно более простыми, дешевыми и надежными. Был разработан новый принцип управления АД, основанный на регулировании составляющих i_sd, i_sq вектора статорного тока i_s, направленных по (i_sd) и перпендикулярно (i_sq) вектору потокосцепления ротора ψ_r.Такой метод получил название векторное управление.

1 Общие теоретические положения

1.1 Силовые полупроводниковые приборы

Питание электрических машин переменного тока с изменяемой скоростью вращения осуществляется от устройств, обеспечивающих на своем выходе регулируемую частоту напряжения или тока. При применении полупроводниковой техники полупроводниковые приборы должны включаться и выключаться в определенной последовательности, формируя это выходное напряжение (ток). Ранее в качестве таких приборов использовались тиристоры. Как известно, закрыть уже открытый тиристор можно только подав на его анод отрицательное (по отношению к катоду) напряжение. Для этих целей использовались узлы искусственной коммутации, состоящие, как правило, из тиристоров, конденсаторов, диодов и индуктивностей. Их наличие снижало надежность преобразователей, увеличивало их габариты и стоимость.

Ситуация радикально изменилась в связи с появлением IGBT – транзисторов (Insulated Gate Bipolar Transistor) – устройств, которые можно закрыть по цепи управления. IGBT имеет биполярный транзистор на выходе и полевой на входе. Первый обеспечивает высокие допустимые ток и напряжение, а второй – малые токи управления. В корпус IGBT встроен обратный диод (рис.1), который обеспечивает при необходимости путь протекания тока обратной полярности.

Рисунок 1 – IGBT-транзистор

Для управления IGBT необходимо, как правило, преобразовать логический сигнал управления в напряжение, пригодное для управления IGBT. Это осуществляется с помощью специальных устройств, называемых драйверами, которыми обычно изготовители IGBT комплектуют свои поставки. Помимо указанной, драйверы решают такие задачи: трансформаторное или оптическое потенциальное разделение цепей управления и силовых, защиту IGBT от перегрузок и коротких замыканий, ограничение скорости нарастания анодного тока, реализацию необходимых задержек при включении – выключении IGBT в одной фазе инвертора (для исключения сквозных токов необходимо сначала выключить транзистор, выходящий из работы, а затем включить вступающий в работу, эта задержка составляет несколько мксек.), индикацию состояния драйвера и транзистора. Возможная блок-схема драйвера приведена на рис.2.

Рисунок 2 – Схема драйвера