T2 Badania symulacyjne skalarnego układu sterowania silnikiem

T2
Badania symulacyjne skalarnego układu sterowania silnikiem
asynchronicznym
Badanie prowadzone są w oparciu o program symulacyjny Tcad. W programie tym
zamodelowano silnik asynchroniczny klatkowy wraz z obciążeniem oraz falownik napięcia z
prostownikiem diodowym. Falownik napięcia zasila maszynę asynchroniczną napięciem
przemiennym o parametrach (częstotliwość, amplituda) wyznaczonych w otwartym układzie
sterowania. Przyjęty układ sterowania jest układem skalarnym – określonym dla stanu
ustalonego pracy maszyny. W układzie sterowania nie występują sprzężenia zwrotne.
Prędkością zadaną jest prędkość wirowania wektor napięcia zasilającego silnik (wartość
częstotliwości napięcia zasilającego) a nie wartość prędkości wału maszyny. Rzeczywista
prędkość silnika będzie różniła się od wartości zadanej o wartość poślizgu i zależna będzie od
wartości momentu obciążającego wał silnika. (Charakterystyka mechaniczna silnika
pracującego w otwartym układzie sterowania nie jest charakterystyką sztywną).
W układ sterowania silnikiem wyznacza jest uśredniona za przyjęty okres impulsowania
wartość napięcia zasilającego maszynę. Przebieg napięcia zasilającego silnik jest przebiegiem
składającym się z impulsów prostokątnych o zmiennej szerokości i amplitudzie równej
wartości napięcia na kondensatorach obwodu pośredniczącego. Napięcie podane do zacisków
silnika indukcyjnego powoduje wymuszenie przepływu prądu, którego kształt jest zbliżony do
przebiegu sinusoidalnego.
Podstawy obsługi programu symulacyjnego Tcad
- wczytanie topologii badanego układu
Menu: Schemat → Otwórz → nazwa.sch
- ustawienie parametrów symulacji (czas symulacji, krok całkowania itp.):
Menu: Edycja→ ....Parametrów Symulacji
- Edycja parametrów bloków tworzących topologię badanego układu:
Dwukrotne kliknięcie lewym klawiszem myszki na wybranym elemencie
otwiera okienko edycji jego parametrów.
-Rejestracja przebiegów na ekranie /na dysku:
Dwukrotne kliknięcie lewym klawiszem myszki na wybranym elemencie
pomiarowym otwiera okienko edycji, w którym można wybrać parametry rejestracji.
Topologia układu przekształtnikowego
Opis:
1) Uproszczony model sieci zasilającej trójfazowej
2) Prostownik diodowy.
3) Kondensatory obwodu pośredniczącego
4) „Sztuczne zero” – wykorzystane do pomiaru napięć fazowych zasilających silnik
5) Model silnika klatkowego
6) Zadajnik momentu obciążenia. Zmianę momentu można uzyskać poprzez zmianę wartości
zadanych w blokach „REF”. W blokach tych podaje się również czas, po którym nastąpi
zmiana. Sumator umożliwia realizacje dwóch zmian momentu obciążenia w czasie pracy
układu.
7) Falownik napięcia – zadaniem przekształtnika jest podawanie impulsów napięcia z obwodu
pośredniczącego do zacisków silnika.
8) Modulator PWM (pulse width modultion). Zmienna zadawana tw bloku “Ref” – amplituda
napięcia zasilającego silnik – wpływa również na wartość częstotliwości generowanego
napięcia zgodnie z zasadą (U/f=const). Uzyskane przebiegi sinusoidalnie o amplitudzie
proporcjonalnej do częstotliwości porównywane są z przebiegiem trójkątnym o częstotliwości
2kHz (częstotliwość modulacji, jednocześnie częstotliwość z jaką pracują tranzystory
falownika). Efektem porównania (za blokiem histerezy) są sygnały załączające górne lub
dolne tranzystory falownika
Program ćwiczenia
1. Zapoznać się z obsługą programu.
2. Zapoznać się z topologią i parametrami badanego układu (plik ZMIENNY.sch);
3. Zarejestrowane przebiegi (prąd stojana, wirnika, moment i prędkość kątowa, napięcie w
obwodzie pośredniczącym) przy rozruchu silnika do dwóch zadanych prędkości (REF w
bloku modulatora PWM 8)) dla dwóch obciążeń maszyny (REF w bloku zadajnika momentu
obciążenia 6)). (4 rejestracje dla niezmiennych wartości momentu obciążenia). Określić
parametry rozruchu. Określić prędkość wału silnika w stanie ustalonym
4. Zarejestrowane przebiegi (prąd stojana, wirnika, moment i prędkość kątowa, napięcie w
obwodzie pośredniczącym) przy hamowaniu (nawrocie) silnika do dwóch zadanych prędkości
i dla dwóch obciążeń maszyny. (4 rejestracje dla niezmiennych wartości momentu
obciążenia).
5. Zarejestrować przebiegi przy skokowej zmianie momentu obciążenia (dociążenie i
odciążenie maszyny); określić parametry procesu przejściowego, zwrócić uwagę na uchyb
ustalony.
6. Zarejestrować przebiegi: prądu i napięcia stojana, prądu wirnika, napięcia na kondensatorze
obwodu pośredniczącego oraz prądu i napięcia zasilania przekształtnika w stanie ustalonym
Dla dwóch różnych częstotliwości modulacji
7. Dla przebiegów z punktu 6 dokonać analizy harmonicznych
8. Dobrać dynamikę zmian sygnału zadanego (napięcie REF w bloku modulatora PWM –
blok REF można zastąpić blokiem generatora przebiegu trójkątnego, zmiana dynamiki
sygnału zadanego poprzez odpowiedni dobór częstotliwości sygnału trójkątnego)
Uwagi przesyłać pod adres: [email protected]