Тема: Система широтно-импульсного управления ДПТ

Электропривод - энергосиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм. Включает в себя источник энергии, передаточный механизм и аппаратуру управления. Современный этап развития привода характеризуется массовым переходом от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Развитие и совершенствование современных систем электроприводов идет по пути внедрения статических полупроводниковых преобразовательных устройств. Одними из которых является широтно-импульсный преобразователь постоянного напряжения (ШИП). Применение полупроводниковых приборов позволяет создать импульсные преобразовательные устройства с высокой частотой и разнообразными законами коммутации силовой цепи, обладающие высокими энергетическими показателями, малыми габаритами и весом, практической безынерционностью и хорошей перегрузочной способностью [2]. По точности и диапазону регулирования импульсные системы электропривода “полупроводниковый ШИП-двигатель постоянного тока”, не уступает лучшим системам непрерывного регулирования, а по экономичности, весогабаритным и динамическим показателям намного превосходит их.
Перспективы применения полупроводниковых Шип в различных областях техники чрезвычайно широки. Транзисторные ШИП весьма эффективно используется как стабилизаторы и регуляторы напряжения приборных комплексов и для создания быстродействующих позиционных и тахометрических следящих систем на постоянном токе.
На рисунке 1.1 приведена блок- схема широтно-импульсного преобразователя для электропривода постоянного тока. Преобразователь состоит из входного усилителя постоянного тока (УПТ), широтно-импульсного модулятора (ШИМ), усилителя импульсов (УИ) -одного или нескольких, импульсного усилителя мощности (ИУМ) и устройства токоограничения (УТО).
Широтно-импульсный модулятор формирует модулированные по длительности импульсы с постоянной частотой их следования. Длительность импульсов на выходе ШИМ однозначно определяется уровнем входного сигнала.
Импульсный усилитель мощности используется для широтно-импульсного регулирования напряжения на нагрузке- якоре двигателя постоянного тока. Так как цепь якоря двигателя представляет собой активно-индуктивную нагрузку с противо-ЭДС, ИУМ будет обеспечивать протекание тока от источника питания в якорь, а также от якоря в источник или во вспомогательные цепи. Оптимальная частота переключения для ШИП, работающего на якорь двигателя, выбирается из условия обеспечения минимума суммарных дополнительных потерь в цепи якоря и потерь в коммутирующих элементах ИУМ. В качестве коммутирующих элементов в ИУМ используются транзисторы.
Устройство токоограничения обеспечивает ограничение тока якоря на заданном уровне при перегрузках в переходных режимах. Скорость изменения тока якоря достаточно высока, и, следовательно, УТО должно обладать высоким быстродействием.
Управление транзисторными ключами групп вентилей моста может быть совместным или раздельным. При совместном управлении одновременно осуществляется управление ключами обеих групп вентилей. При раздельном управлении всегда осуществляется управление ключами только одной группы. Последовательное включения и выключения (переключения) транзисторных ключей определяется законом коммутации (переключения) вентилей. Для управления ШИП используются в основном три закона коммутации (переключения) вентилей:
-симметричный,
-несимметричный,
-поочередной,
Наиболее простым способом управления ШИП является симметричный. При симметричном способе управление в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой знакопеременные импульсы, длительность которых регулируется входным сигналом. В ШИП с симметричным управлением среднее напряжение ия на выходе ШИП равно нулю, когда относительная продолжительность включения у0=0,5 [6]. Симметричный способ управления обычно используется в маломощных приводах постоянного тока.
При несимметричном способе управления переключаются транзисторные ключи (ТК) фазной группы ТК3 и ТК4 (ключи ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сигнала) рисунок 1.2, транзисторный ключ открыт постоянно и насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт. Транзисторные ключи ТК3 и ТК4 переключаются в противофазе, обеспечиваю протекание тока якоря от противо-ЭДС двигателя. При этом на выходе ШИП формируются знакопостоянные импульсы и среднее напряжение на выходе равно нулю, когда относительная продолжительность включения одного из нижних на рисунке 1.2 транзисторов у0=0.
При поочередном управлении при любом знаке входного сигнала в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, однако частота переключения каждого из них в два раза меньше частоты напряжения на выходе. Управляющие напряжения транзисторных ключей одной фазы моста ТК1, ТК2 и ТК3, ТК4 постоянно находятся в противофазе; при этом ключи переключаются через период выходного напряжения Т. Этим достигаются одинаковые условия работы полупроводниковых приборов в мостовой схеме.
Целью работы является изучения законов коммутации и создание виртуального учебного стенда для студентов направления электротехника, изучающих дисциплину силовая электроника.
Купить

В данной ВКР разработана система управления для системы широтноимпульсный преобразователь - двигатель постоянного тока, рассчитаны параметры элементов силовой цепи - транзисторов и диодов. Также была разработана линеаризованная модель системы электропривода ШИП-ДПТ в пакете Simulink программы имитационного моделирования Matlab. На этой модели была произведена настройка регуляторов тока и скорости на модульный оптимум. Затем были учтены основные нелинейности системы: насыщение регуляторов и реактивный характер нагрузки. Для оценки адекватности нелинейной модели была собрана модель на стандартных элементах Matlab. Затем были проведены исследования симметричного, несимметричного и поочередного закона коммутации, построены характеристики переходных процессов. Результаты моделирования процессов пуска, реверса, наброса и сброса нагрузки в нелинейной системе, составленной на основе структурной схемы системы в основном совпадают с результатами модели на стандартных элементах Matlab, небольшие различия объясняются разными методами расчетов в этих моделях.
В экономическом разделе была доказана конкурентоспособность данного технического решения в сравнении с другими перспективами, был рассчитан SWOT-анализ, ППР, которое занимало 100 дней. Также был посчитан бюджет НТИ равный 163 тыс. руб, основная часть которого приходится на зарплаты сотрудников.
В разделе социальная ответственность была произведен расчет системы освещения, спланирован план эвакуации при ЧС, также произведен анализ вредных факторов окружающей среды, рассмотрены правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности.

Купить