4.5.3Исследование влияния способа реализации источника тока (инвертора)

Рассмотрим три реализации источника тока: аналоговая, импульсная с широтно-импульсным управлением и импульсная с релейным управлением.

Рисунок 4.264 –Исследование влияния способов реализации источника тока

На рисунке 4.46 представлена модель с тремя контурами скорости, каждый из которых содержит указанную выше реализацию: 1 контур с аналоговой реализацией (будем называть его эталонным), 2 контур – импульсный с ШИМ-управлением, 3 контур – импульсный с релейным управлением. Что бы обеспечить сравнительный визуальный анализ, эти контуры объединены в одну схему модели. Наблюдение за переходными характеристиками осуществляется с помощью двухвходового осциллографа: по первому входу наблюдается частота вращения, по второму – электромагнитный момент двигателя.

Максимальный момент, развиваемый асинхронным двигателем при максимальном токе 15,13А, необычайно велик и составляет 50,9Нм.

Произведём исследование пуска-реверса на малую скорость (рисунок 4.47). Характеристики чёрного цвета (data 1) относятся к первому контуру, data 2 – ко второму и data 3 – к третьему.

Рисунок 4.265 – Результаты моделирования управления частотой вращения при различных способах реализации инвертора (источника тока)

Задаётся частота вращения 0,1 1/с, пуск на положительное направление вращения производится с реактивным моментом сопротивления номинального значения 7,66Нм, сброс нагрузки в момент времени 0,06с. Реверс вхолостую в момент времени 0,1с.

Анализ полученных результатов моделирования приводит к следующим выводам:

• во втором и третьем контурах появились пульсации момента и частоты вращения. Пульсации момента для обоих вариантов достаточно большие (около 3Нм), что на частоте 2500Гц приведёт к повышенной шумности в работе. Пульсации частоты вращения по сравнению с уровнем 0,1 1/с незначительны и ими можно пренебречь;

• характер отработки управления и возмущения (сброс нагрузки) незначительно отличается от эталона. Несколько предпочтительней выглядит применение инвертора с релейным управлением. Однако опасность работы инвертора с переменной частотой коммутации может оказаться существенной.

Для сравнения рассмотрим результаты моделирования пуска на малую частоту вращения без нагрузки с последующим наложения реактивной нагрузки номинального значения, в заключение – реверс с нагрузкой (рисунок 4.48).

Рисунок 4.266 – Результаты моделирования управления частотой вращения при различных способах реализации инвертора (пуск без нагрузки с последующим наложением реактивной нагрузки, реверс под реактивной нагрузкой)

Как и ранее, data 1 – переходные характеристики 1 канала, data 2 – 2-го канала, data 3 – третьего канала.

Полученные в результате моделирования характеристики соответствуют эталону, за исключением начала пуска. Наиболее существенно отклонение по второму каналу. Это обусловлено переходным процессом установления нулевого значения тока в контуре тока при симметричном управлении инвертором. Оба способа реализации можно использовать на практике при проектировании широкорегулируемых электроприводов переменного тока.

На рисунке 4.49 представлены результаты моделирования контура скорости при управлении в «большом».

Рисунок 4.267 – Результаты моделирования управления частотой вращения при различных способах реализации инвертора (пуск без нагрузки на большую скорость с последующим наложением реактивной нагрузки, реверс под реактивной нагрузкой)

Как и ранее, data 1 – переходные характеристики 1 канала, data 2 – 2-го канала, data 3 – третьего канала.

Сравнительный анализ показывает, что реальные источники тока обеспечивают максимальный момент 50,9Нм, заданная частота вращения 100 1/с формируется чётко, наброс номинальной нагрузки приводит к провалу частоты вращения примерно на 1 1/с с восстановлением до заданного значения, реверс под нагрузкой прошёл успешно с перерегулированием не более 5%.

По динамическим свойствам следует отметить более повышенную степень колебательности привода с источником с широтно-импульсной модуляцией. И это справедливо, так как привод с источником релейного управления не содержит в своей структуре регулятор тока.

На рисунке 4.50 продемонстрированы результаты моделирования контура скорости в «большом» с изменённым алгоритмом управления нагрузкой.

Рисунок 4.268 – Результаты моделирования управления частотой вращения при различных способах реализации инвертора (пуск под реактивной нагрузкой на большую скорость с последующим сбросом нагрузки, реверс без нагрузки)

Задание на управление и возмущения отработаны чётко. Импульсные источники тока показывают, как и прежде, примерно одинаковые показатели.

Следует отметить, что при управлении в «большом» необходимо подобрать уровень ограничения интегратора регулятора скорости. В противном случае динамические характеристики контура скорости могут оказаться неудовлетворительными. При этом необходимо подобрать минимальный уровень ограничения интегратора, при котором интегральные свойства регулятора скорости в целом не нарушаются. Каких либо теоретических разработок и рекомендаций в этом русле нет.

Напомним, что разработка и исследования контуров тока, потока и скорости проведены без возмущений, действующих при работе привода, но были выполнены все условия для исключения их влияния.