Введення
Сучасні автоматизовані електроприводи являють собою складнідинамічні системи, що включають в себе різні лінійні і нелінійніелементи (двигуни, генератори, підсилювачі, напівпровідникових та іншіелементи), що забезпечують у своїй взаємодії різноманітні статичні тадинамічні характеристики.
Двигуни постійного струму використовуються впрецизійних приводах, що вимагають плавного регулювання частоти обертання вширокому діапазоні.
Властивостідвигуна постійного струму, так само як і генераторів, визначаються способомзбудження і схемою включення обмоток збудження. За способом збудженняможна розділити двигуни постійного струму на двигуни з електромагнітним імагнітоелектричним збудженням.
Двигуни зелектромагнітним збудженням підрозділяються на двигуни з паралельним,послідовним, змішаним і незалежним порушенням. Електричні машинипостійного струму оборотні, тобто, можлива їх робота в якості двигунівабо генераторів.
Наприклад, якщо в системі управління з використанням генератора взворотного зв'язку від'єднати генератор від первинного двигуна і підвестинапруга до обмоток якоря і збудження, то якір почне обертатися й машинабуде працювати як двигун постійного струму, перетворюючи електричну енергіюв механічну. Двигуни незалежного збудження найбільш повно задовольняютьосновним вимогам до виконавчих двигунів самогальмування двигуна признятті сигналу керування, широкий діапазон регулювання частоти обертання,лінійність механічних та регулювальних характеристик, стійкість роботи підвсьому діапазоні обертання, мала потужність управління, висока швидкодія,малі габарити і маса.
Теоріярегульованого електроприводу, що налічує вже ні один десяток, років, постійновдосконалюється разом з вдосконаленням конструктивних рішень. Особливоінтенсивний розвиток вона отримала в останній час завдякиудосконалення традиційних і створення нових силових керованих напівпровідниковихприладів, інтегральних схем, розвитку цифрових інформаційних технологій тарозробці різноманітних систем мікропроцесорного керування.
Сучасн
і комп'ютерні технології, в основі яких лежатьприкладні пакети, надають можливість більш глибокого вивчення питань;пов'язаних з проектуванням напівпровідникового електроприводу. Вони дозволяютьякісно змінити та істотно поліпшити технологію вивчення, перевести її ввіртуальну дійсність, здійснити в цій віртуальній лабораторіїнеобхідні дослідження з отриманням кількісних результатів.
В даний час є велика література по теоріїелектроприводу. З іншого боку, є література по прикладними пакетами.Однак практично відсутні роботи, в яких теоретичні питаннярегульованого електроприводу досліджувалися б із залученням комп'ютернихприкладних програм.
Правда, останнім часом з'явилося багато хороших книг,присвячених прикладним технічним пакетам, але в основі їх лежить сам пакет;конкретні приклади, наведені в цих монографіях, покликані демонструватиможливості пакета і комп'ютера.
Література з силових напівпровідникових перетворювачів,призначеним для управління електричними машинами в системахелектроприводу, потребу в постійному коректуванні, оскількиудосконалюються предмет і методи дослідження. Силові напівпровідниковіперетворювачі, істотно покращуючи енергетику, дозволяють реалізувати(Звичайно, при сучасному мікропроцесорному управлінні) якісно нові способирегулювання електричними машинами. При цьому класичні машини приуправлінні від напівпровідникового перетворювача набувають нових властивостей іякісно нові, кращі характеристики. Силові напівпровідниковіперетворювачі дозволяють також реалізувати нові конструктивні татехнологічні рішення, що володіють властивостями, недоступними класичномуелектроприводу.
Сучасний електропривод з використанням напівпровідникових вузлів(Далі - В«напівпровідниковий електроприводВ») складається з трьох основних відміннихчастин:
1.Силоваперетворювальна частина, яка містить силовий підлозі провідниковоїперетворювач. Основна функція полягає в перетворенні електричноїенергії між джерелом живлення і електричним двигуном.
2.Електромеханічначастина, яка містить робочий механізм, з'єднаний з допомогою механічноїпередачі з електричним двигуном.
3.Інформаційна(Керуюча) частина, що служить для управління силовим напівпровідниковимперетворювачем і забезпечує задані властивості електроприводу.
Уявімо дуже короткий огляд сучасних прикладних пакетів,які можуть бути використані для проектування напівпровідниковогоелектроприводу.
В першу чергу слід відзначити пакет MatLab з широко розвиненимидоповненнями (Toolboxes), з яких ToolboxSimulinkнаіболее пристосований для аналізу ісинтезу різних систем.
Пакет Simulink зі своїми доповненнями - основний інструмент вивченнярізних електромеханічних систем, використовується в даній монографії. Я незустрів жодної задачі, пов'язаної з дослідженням систем електроприводу,яку не можна було б вирішити в цьому пакеті.
Simulink надає досліднику самі різні можливості,починаючи від структурного (математичного) представлення системи і кінчаючигенеруванням кодів для програмування мікропроцесора відповідно доструктурною схемою моделі.
Малюнок 1. Віртуальна модель енергосистеми в пакеті Simulink
вал двигун електропривод перетворювач
Представлена ​​на рис. 1 модель (файл psbturbine з бібліотеки Powerdemos) наочно демонструєрівень складності задач, які можна досліджувати в пакеті Simulink. Це модельелектромеханічної системи потужністю 220 МВА, що складається з гідротурбіни (блок HTG), синхронного генератора(Блок. SynchronousMachine), трифазного трансформатора (блок Three-PhaseTransformer) і різного видунавантажень. Система працює паралельно з енергомережею потужністю 10 000 МВА.Модель (рис. 1) дозволяє досліджувати перехідні і сталі режимигідроелектростанції з синхронним генератором, що має систему управліннязбудженням (блок ExcitationSystem).
Спеціальнодля вирішення задач проектування електронних блоків систем електроприводу вНині також розроблено значну кількість прикладнихкомп'ютерних пакетів.
Длядослідження та проектування гарно зарекомендували себе прикладні пакети, воснові яких використовувався пакет Pspice. КетімпакетамотносятсяOrCAD9 Realise, DesighnLab, Worbench, CircuitMarkerідругіе.
Для вивчення та аналізу нескладних схем привабливим єпакет Workbench, який по суті являє собою віртуальну лабораторію здосить широкими можливостями.
Набагато більш широкими можливостями володіє пакет OrCAD9, який об'єднав в собіможливості аналізу, синтезу, розрахунку і конструювання електронних схем іволодіє до того ж дуже великою бібліотекою (понад 200 тис.) електроннихкомпонентів.
Слід зупинитися ще на одному пакеті. Це пакет TCAD, розроблений ідосить широко використовуваний в Польщі, не отримав широкого розповсюдження всвіті, не дуже зручний при дослідженні напівпровідникових перетворювачів ісистем електроприводу.
Одна з, основних проблем, на яку натрапляє дослідникнапівпровідникового електроприводу є проблема декомпозиції. Справа в тому,що різні процеси в системі мають різний масштаб часу. Наприклад,перехідні процеси в електромеханічної частини системи протікають протягомодиниць - десятків секунд, а електромагнітні перехідні процеси приперемиканні силових транзисторів тривають мікросекунди, Як бачимо, різниця втривалості процесів тут становить дев'ять порядків.
В даний час немає прикладних пакетів, які дозволили бдослідити систему з одночасним урахуванням тих і інших перехідних процесів.Однак і ті, й інші мають істотний вплив на характеристики системиі повинні бути враховані.
Вирішення цієї проблеми базується на поділі (декомпозиції)системи в просторі і в часі, з обгрунтованим вибором на кожному кроціпевної моделі, а іноді і окремого прикладного пакету. Завданняпроектування напівпровідникового електроприводу з достатньою точністювирішуються в пакеті MatLab, Simulink....
