Математическое моделирование электропривода на базе вентильного реактивного двигателя в пакете SimPowerSystems
Емельянов Александр Александрович, доцент;
Бесклеткин Виктор Викторович, ассистент;
Авдеев Александр Сергеевич, студент;
Габзалилов Эльвир Фиргатович, студент;
Прокопьев Константин Васильевич, студент;
Ситенков Александр Александрович, студент;
Пестеров Дмитрий Ильич, студент;
Юнусов Тимур Шамильевич, студент;
Устинов Артем Павлович, студент
Российский государственный профессионально-педагогический университет
Целью данной работы является овладение технологией сборки модели электропривода на базе вентильного реактивного двигателя в пакете SimPowerSystems для использования в лабораторной работе по дисциплине «Математическое моделирование в электромеханических устройствах» [1], [2], [3], [4], [5].
На рис. 1 показана схема электропривода на базе вентильного реактивного двигателя.
Рис. 1. Электропривод на базе вентильного реактивного двигателя
На рис. 2 показано расположение блока вентильного реактивного двигателя (Switched Reluctance Motor) в библиотеке SimPowerSystems (Simscape). Параметры этого блока представлены на рис. 3.
Рис. 2. Расположение блока Switched Reluctance Motor
Рис. 3. Параметры блока Switched Reluctance Motor
Мостовой коммутатор (Converter) представляет собой блок Subsystem и включает в себя схему, показанную на рис. 4. Блок Converter подключен к источнику питания (DC Voltage Source) с постоянным напряжением 240 В. Диапазон гистерезиса (Hysteresis band) задается блоком Relay со следующими параметрами:
− switch on point: 10;
− switch off point: -10;
− output when on: 1;
− output when off: 0;
− input processing: Inherited.
Рис. 4. Мостовой коммутатор (Converter) на транзисторах IGBT
Порты подключения V+, V-, A1, A2 и т.д. представлены блоками Connection port из раздела Elements библиотеки SimPowerSystems.
Блоки BR_CONV A, B и C имеют одинаковую структуру, приведенную на рис. 5.
Рис. 5. Структура блоков BR_CONV
IGBT-транзисторы и диоды (D и D1) находятся в разделе Power Electronics библиотеки SimPowerSystems (Simscape) (рис. 6). Их параметры представлены на рис. 7, а и 7, б.
Рис. 6. Расположение блоков IGBT и Diode
Рис. 7. Параметры блоков: а) IGBT; б) Diode
Датчик положения (Position Sensor) показан на рис. 8. Логический оператор (Logical operator) со значением AND, операторы сравнения (Relational operator) «>=» и «<=» входят в группу блоков Logic and Bit Operations библиотеки Simulink. Функция (Math function) со значением mod находится в разделе Math Operations, а блок дискретного интегратора (Discrete-Time Integrator) – в Discrete.
Рис. 8. Датчик положения (Position Sensor)
Параметры дискретного интегратора приведены на рис. 9.
Рис. 9. Параметры дискретного интегратора (Discrete-Time Integrator)
Для работы модели необходим блок Powergui, который можно найти в разделе Fundamental Blocks библиотеки SimPowerSystems (Simscape). Параметры этого блока следует задать в соответствии с рис. 10.
Рис. 10. Параметры блока Powergui
Характеристики двигателя выводятся на осциллограф Scope с помощью блока Bus Selector (библиотека Simulink/Signal Routing).
Результаты моделирования электропривода на базе вентильного реактивного двигателя даны на рис. 11, 12 и 13.
Рис. 11. Графики скорости и электромагнитного момента
Рис. 12. Напряжения на нижних транзисторах эмиттер-коллектор по трём фазам A, B, C на осциллографе Scope2
Рис. 13. Сравнение сигналов эмиттер-коллектор транзистора IGBT (верхний график) и сигналы на базе этого же транзистора на осциллографе Scope 1
Примечание: во избежание ошибок при запуске расчета модели необходимо открыть меню Simulation, выбрать Model Configuration Parameters. В открывшемся окне в меню Diagnostics перейти к пункту Connectivity и установить значение Mux blocks used to create bus signals: error, как показано на рис. 14.
Рис. 14. Окно параметров модели
Литература:
- Герман-Галкин С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. – СПб.: КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.
- Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2007. – 320 с.
- Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. – М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. – 288 с.
- Simscape Power Systems Examples [Электронный ресурс] // MathWorks. - Режим доступа: www.mathworks.com/help/physmod/sps/examples.html.
- Емельянов А. А., Бесклеткин В. В., Авдеев А. С., Габзалилов Э. Ф., Прокопьев К. В., Ситенков А. А., Пестеров Д. И., Юнусов Т. Ш. Математическое моделирование короткозамкнутого асинхронного двигателя в пакете SimPowerSystems // Молодой ученый. — 2016. — №14. — С. 28-34.
