Исследование влияния реальных свойств преобразователя частоты на статические и динамические свойства контура тока

Проведём имитационные исследования контура тока при управлении преобразователя частоты по широтно-импульсному методу на несущей частоте и с релейным управлением с переменной частотой, близкой к несущей. Именно в этом состоит основной смысл имитационного моделирования, а не в проверке выводов, сделанных Кесслером.

На рис. 4.18 показаны схемы моделей контура тока в трёх реализациях: с идеальным преобразователем частоты (эталон) — первый контур схемы модели; с управлением преобразователя по широтно-импульсному закону — второй контур; с релейным законом управления — третий контур.

Цепи обратной связи всех контуров одинаковы, параметры регулятора тока соответствуют расчётным оптимальным значениям. Параметры регулятора при релейном управлении показаны на рис. 4.19 и выбраны таким образом, что бы частота коммутации примерно соответствовала частоте несущей при широтно-импульсном управлении 2500 Гц. Ширина гистерезиса принята ±0,2 В (при максимальном сигнале управления ±10 В), выходной сигнал (сигнал преобразователя частоты) двухпозипионный ±311,1 В.

Рис. 4.18. Схемы моделей контура тока с различными реализациями преобразователя частоты (Fig4₁₈)

Рис. 4.20. Окно ввода параметров однофазного широтно-импульсного преобразователя: а) при симметричном управлении; б) при несимметричном управлении

Рис. 4.21. Результаты моделирования реакции контура тока на входной сигнал ±10 В

Для управления по широтно-импульсному симметричному закону используем блок из состава библиотеки SimPoxverSystem — Discrete PWM Generator с некоторым добавлением. Ввод параметров этого блока показан на рис. 4.20, а. Выбираем управление однофазным мостом преобразователя, вводим значение несущей частоты преобразователя 2500 Гц (при максимальной частоте выбранного типа преобразователя 3000 Гц) и интервал моделирования этого блока 1 е-6 с. Максимальная амплитуда входного сигнала ±1 В, амплитуда выходных импульсов ±311,1 В.

Рис. 4.22. Результаты моделирования реакции контура тока на входной сигнал ±1 В

В связи с этим на входе блока Discrete PWM Generator введён согласующий усилитель с коэффициентом 0,1, а на выходе блока — импульсный однофазный преобразователь ±311,1 В. Кроме того, предусмотрена возможность управления однофазным преобразователем по несимметричному закону.

Результаты моделирования реакции каждого контура на входной сигнал ±10 и ±1 В сведены для сравнения на одну диаграмму (рис. 4.21,4.22).

Анализ полученных результатов моделирования позволяет утверждать, что контуры тока с реальными преобразователями выполнили поставленную задачу: на выходе сформирован ток со средним значением 15,2 А. Амплитуда пульсаций не превышает 5% и составляет 0,7−0,9 А, частота пульсаций с ШИМ — 2500 Гц, для релейного управления чуть менее 2500 Гц. При входном воздействии ±1 В регуляторы нс насыщаются, быстродействие сохраняется оптимальным, реальные преобразователи отработали оптимальное быстродействие и формально можно утверждать, что с релейным преобразователем качество управления улучшилось (время переходного процесса уменьшилось и перерегулирование исчезло). Читателю представляется возможность самостоятельно убедиться, что при несимметричном управлении преобразователем с ШИМ пульсации тока существенно снижаются.

Принимаем рассмотренную реализацию контура тока (с преобразователями) при проектировании контуров управления потоком и скоростью.