Реализация источника питания инвертора в виде выпрямителя

На первый взгляд создание источника питания инвертора не представляет сложностей. Однако при проектировании источника питания необходимо учитывать, что запасённая энергия двигателя должна где-то приниматься.

Когда в качестве источника применялась батарея, отдаваемая двигателем энергия шла на зарядку батареи (батарея — аккумулятор принимает ток любого знака). При использовании полупроводникового выпрямителя ток может протекать только одного направления. Поэтому при перекачке энергии от двигателя через инвертор к выпрямителю происходит накопление энергии в конденсаторе за счёт увеличения напряжения на нём. Такое решение показано на схеме модели рис. 5.40.

При увеличении напряжения на конденсаторе С1 более 600 В с помощью схемы управления включается ключ (Universal Bridge2) и подключает параллельно конденсатору так называемый «тормозной» резистор. По существу избыточная энергия двигателя гасится на резисторе. При небольшой мощности привода (до 20−50 кВт) такое решение можно принять, при больших мощностях необходимо искать другие решения.

Неуправляемый полупроводниковый выпрямитель Universal Bridgel получает питание от сетевого трехфазного напряжения и обеспечивает напряжение порядка 550 В. Фильтрация выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С/. Роль конденсатора двойная: во-первых, уменьшить пульсации напряжения выпрямителя; во-вторых, снизить внутреннее сопротивление источника при импульсной нагрузке.

Реализация коммутации «тормозного» резистора RI выполнена на однофазном преобразователе Universal Bridgel, у которого используется только верхний транзистор (ключ). Настройка блока показана на рис. 5.39.

Рис. 5.39. Окно настройки блока Universal Bridgel

Управление выполнено от блока Relay. Так как в однофазном преобразователе Universal Bridgel два транзистора, то на выходе блока Relay включаем мультиплексор на два входа — оба транзистора управляются одним сигналом. Настройка блока Relay показана на рис. 5.41.

К) ос.

Рис. 5.40. Схема модели векторного управления электропривода с источником питания инвертора (Fig5 40)

Рис. 5.41. Окно настройки блока Relay

Включение ключа с резистором R1 производится при напряжении на выходе выпрямителя (на конденсаторе СУ) 600 В и более, выключение — при снижении напряжения до 580 В и ниже.

До выполнения моделирования сделаем замечание, что наиболее напряженный режим работы привода генераторный (рекуперативный). Такой режим возможен при активном моменте сопротивления и в этом режиме решающую роль выполняет «тормозной» резистор R1. Поэтому нагрузку на двигатель будем подавать по входу ТА (нижний вход мультиплексора).

И, последнее уточнение: сопротивление «тормозного» резистора R1 принято 5 Ом, емкость конденсатора СУ взята 5(Х) мкФ.

Рис. 5.42. Временные программы управления частотой вращения и активным моментом сопротивления

Выполним моделирование пуска — реверса двигателя на малую частоту вращения, нагружать двигатель будем активным моментом и назначать знак момента сопротивления таким образом, что бы двигатель в основном работал в генераторном режиме. Программы управления частотой вращения и активным моментом во времени занесены в таймеры Speed и Torque 1 и представлены на рис. 5.42.

На рис. 5.43 представлены результаты моделирования работы электропривода с векторным управлением, укомплектованного полностью необходимым оборудованием.

Рис. 5.43. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку (малая скорость)

Первый вывод, который необходимо сделать, это принципиально другой характер реакции привода на управления и возмущения. Перерегулирование стало чётко выраженным фактом и является следствием действия активного момента. Однако задание по частоте вращения исполняется достаточно аккуратно, хотя из-за больших перерегулирований четкость отработки заданной частоты вращения в этом масштабе несколько размыта.

И, второе, напряжение источника питания не превышает 600 В. за исключением момента включения привода в сеть.

На рис. 5.44 продемонстрирована работа электропривода с активным моментом нагрузки на средней частоте вращения.

Привод выполняет все задания. Напряжение источника питания инвертора всё настойчивее приближается к 600 В, чаще срабатывает «тормозной» резистор. Это свидетельствует о том, что двигатель на большей скорости имеет больший запас энергии, которую при определённых условиях (перерегулирование, работа в генераторном режиме, реверсирование) старается отдать в цепь инвертора.

ICCO.

Рис. 5.44. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку> (средняя скорость)

На рис. 5.45 показаны результаты моделирования работы привода на большой скорости. Задания выполняются чётко: частота вращения соответствует заданному значению, после возмущения по нагрузке возвращается на заданное значение.

Напряжение питания инвертора вплотную приблизилось к 600 В. Всё большая часть энергии возвращается двигателем, работающим с активной нагрузкой, и превращается в тепло на резисторе R1.

В заключении отметим, что разработанный электропривод уверенно работает в диапазоне 1000 с различным характером нагрузки, при воздействии нагрузки номинального значения астатические свойства системы нс нарушаются во всём диапазоне частоты вращения.

Рис. 5.45. Результаты моделирования электропривода с векторным управлением при работе на активную нагрузку (большая скорость)