Файл: Разработка модели вентильного двигателя.docx

На структурной схеме изображают звенья САР (которым ставят в соответствие передаточные функции звеньев или операторы выполняемых ими нелинейных преобразований), связи и узлы (точки разветвления связей).

На вход структурной схемы подается сигнал задания скорости электропривода Uзс.

Сигнал задания скорости попадает на задатчик интенсивности. Структурная схема задатчика интенсивности показа на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Структурная схема задатчика интенсивности
Темп изменения выходного сигнала задатчика определяется уровнем ограничения Q нелинейного элемента и постоянной времени Ти интегратора .

Сигнал с задатчика интенсивности поступает на сумматор, где он суммируется с отрицательным сигал обратной связи по скорости. Далее сигнал попадает на регулятор скорости, сигнал с которого суммируется с отрицательным сигналом обратной связи по мощности, после чего попадая на регулятор мощности.

Передаточная функция автономного инвертора и управляемого выпрямителя представлена инерционным звеном 1-го порядка:

Рисунок 4.4 – Структурная схема силового преобразователя
При математическом описании электрического двигателя примем следующие допущения:

- магнитодвижущие силы, созданные фазными токами, синусоидально распределены вдоль воздушного зазора;

- машина симметрична;

- насыщение и потери в стали отсутствуют;

- не учитываются емкости внутри обмоток и между ними;

- работа происходит на линейных участках характеристик;

- электромагнитный момент двигателя прямо пропорционален току статора.

При сделанных допущениях согласно вентильный двигатель можно представить инерционным звеном первого порядка:

Для упрощения структурной схемы примем, что механическая часть привода представлена одномассовой расчетной схемой. Тогда уравнение движения двигателя для приведенной схемы имеет вид:

Записав уравнение в операторной форме, можем составить структурную схему двигателя вместе с механической частю, приведенную на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 – Структурная схема двигателя и механической части

4.3 Разработка и описание принципиальной электросхемы датчика контроля состояния вентилей

Принцип работы датчика контроля состояния силовых вентилей состоит в том, чтобы определить открыт силовой ключ в данный момент или нет. Сущность работы блока контроля состояний вентилей заключается в следующем: если открыт один вентиль в плече автономного инвертора, то сигнал поступающий от данного блока на систему формирования импульсов автономного инвертора не влияет на работу автономного инвертора; если же одновременно открыты оба вентиля в одном плече автономного инвертора, то сигнал поступающий с данного блока блокирует работу автономного ивертора.

Базовым элементом в датчике контроля состояния вентилей является датчик тока (RS), включенный после каждого солового вентиля.

Датчик тока представляет собой микросхему компании Allegro Microsystem, принцип работы которой основан на эффекте Холла. Датчик имеет малогабаритные параметры благодаря тому, что были объединены на одном кристалле все составные элементы: проводника, через который протекает измеряемый ток, датчик Холла, схемы усиления и коррекции измеренного сигнала.

При отсутствии тока напряжение на выходе датчика равно половине напряжения питания. Если датчик показывает наличие тока в цепи, то соответственно вентиль, находящийся в данной цепи, открыт, если ток отсутствует

, то вентиль закрыт. Сигнал с датчика тока поступает на компаратор.

После компаратора сигнал поступает на логический элемент 2И-НЕ. На логический элемент поступают сигналы о состянии двух вентилей, находящихся в одном плече автономного инвертора.

Схема электрическая принципиальная разработанного датчика контроля состояния вентилей приведена на листе графической части.

4.4 Разработка и описание принципиальной электросхемы системы импульсно-фазового управления

Описание принципа работы СИФУ покажем на примере одного канала (рис. 4.6), для управления одним тиристором управляемого инвертора.

Рисунок 4.6 – Принципиальная схема одного канала СИФУ
На представленной схеме, транзистор VT1, резистор R3 и конденсатор С1 представляют собой генератор пилообразного напряжения, синхронизированный с сетью через трансформатор TV1. На компараторе DA1 осуществляется сравнение пилообразного напряжения и напряжения управления Uу, в результате чего на выходе DA1 формируются прямоугольные импульсы, фронт которых выделяется дифференцирующей цепочкой R8C2 и через выходной драйвер, выполненный на базе транзистора VT2, поступает на управление соответствующего тиристора управляемого выпрямителя.

Опишем принцип работы выходного драйвера СИФУ. При подаче управляющего сигнала с дифференцирующей цепочки открывается коллекторно–эмитерный переход транзистора VT2, в результате чего по контуру [Uп-TV2-VT2-0] пройдет ток, вызывающий управляющий сигнал на вторичной обмотке импульсного трансформатора. Кроме того трансформатор преобразует пачку импульсных сигналов в один сигнал шириной 60 градусов. Для фильтрации этого сигнала устанавливаем конденсатор. Для создания контура разряда тока устанавливаем параллельно вторичной обмотке трансформатора диод VD2. Установим диод VD1 для обеспечения одностороннего контура протекания энергии в цепи управления.

4.5 Расчет и выбор элементов датчика контроля состояния вентилей

В работе выбран датчик тока ACS754SCB компании Allegro Microsystem со следующими характеристиками:

- диапазон измеряемых токов -200…200 А;

- однополярное питание 5 В;

- потребляемый ток 8 мА;

- выходное сопротивление 1 Ом, при выходном токе 1,2 мА;

- сопротивление первичного проводника 0,1 мОм;

- исключительно стабильное выходное напряжение смещения;

- максимальное напряжение питания 16 В;

-совокупная ошибка на выходе во всем диапазоне ±1% ;

- полоса пропускания 35 кГц;

- рабочая температура -20…85ºС;

- максимально допустимое напряжение 3 кВ.

Выбрана микросхема К1401СА1, содержащую 4 компаратора.

Выбрана микросхема К561ЛА9, содержащую три логических элемента 2И-НЕ.

Выбирана микросхема К176ЛЕ10, содержащую три логических элемента 3ИЛИ-НЕ.

4.6 Расчет и выбор элементов системы импульсно-фазового управления

Для расчета и выбора элементов СИФУ сначала необходимо сделать предварительный выбор силового тиристора.

Условие выбора тиристоров:

U_т.ном≥ U_max

I_т.ном ≥ I_т.ср,

где U_max=520 В, I_т.ср=21,7 А.

Исходя из вышеизложенного выбираем тиристор Т131-40 со следующими параметрами:

- ток включения не более 0,2 А;

- время включения 63-100 мкс;

- время обратного восстановления 8 мкс;

- повторяющееся импульсное напряжение 100-1200 В;

- максимально допустимое постоянное обратное напряжение 720 В;

- максимально допустимый средний ток в открытом состоянии 40 А;

- максимально допустимый действующий ток в открытом состоянии 62,8 А;

Резистор (R10) установлен в контур Uп-R10-VT2-0 с целью ограничения тока. Принимаем падение напряжения на трансформаторе равным 0.5 В и падения напряжения на эммитерно - коллекторном переходе в открытом состоянии равным 0.5 В. Считая что ток необходимый для открытия тиристора I_вкл=0,2 А. Рассчитаем необходимое сопротивление ограничивающего резистора.

Подставив значения получим:

Выбираем импульсный транзистор ВС807 со следующими параметрами:

Максимально допустимый ток в к-э переходе: 0.5 А

Максимально допустимое рабочее напряжение: 45 В

Частота коммутации

мкс

Выбираем импульсный транзистор ВС807 со следующими параметрами:

Макс. напр. к-э (Uкэо макс.В) 45

Предельная частота (fгр.МГц) 100

Максимальная рассеиваемая мощность, Вт 0.31

Определим потери мощности транзистора: