Съдържание Увод 6 Глава Конструктивни особености, класификация и основни характеристики на постояннотоковите двигатели 8


Схеми за управление на постояннотоков двигател с ШИМ



страница5/5
Дата01.08.2018
Размер0.93 Mb.
1   2   3   4   5

4.5.2. Схеми за управление на постояннотоков двигател с ШИМ

В глава 3 (т. 3.4.2) беше представен методът за ШИМ управление на постояннотоков двигател, а също така бяха представени няколко от осовните принципни схеми за ШИМ с ключови елементи. В схемата от фиг. 3.13 се използват два ключови транзистора. Както беше описано там, по този начин може да се регенерира енергията от двигателя, когато той работи в генераторен режим. На фиг. 3.15 е представена схема за реверсиране на двигателя с помощта на релета при еднополярно захранване, а на 3.16 е показана пълна мостова схема. Обединявайки възможностите на тези схеми и приемайки, че се работи с двуполярно захранване, е разработена схемата за симулиране от фиг. 4.21.

В схемата е използван първия подход за получаване на ШИМ, който беше описан в предишната точка. Разлика между блоковете от фиг. 4.17 и блоковете от фиг. 4.21 е тази, че вместо синусоидален сигнал се подава сигнал със специално зададена форма (обяснен по-долу). Дублиран е блокът за превключване като са разменени местата на константите – по този начин се получава инвертирането на изходния му сигнал спрямо този на първия. Генерирания носещ сигнал с трионообразна форма тук е двуполярен с честота 200Hz и амплитуда +/-10.

Получените изходни ШИМ сигнали от блоковете S1 и S2 се подават към управляващите изводи на блоковете на MOSFET транзистори. Към тяхната средна точка е свързан единия извод на котвената намотка на постояннотоковия двигател, а другия й извод – към нулевата точка на двуполярното захранване. По този начин е възможно да се получи управление на двигателя чрез ШИМ, както в едната, така и в другата посока на въртене.

На фиг. 4.22 са представени времедиаграмите от симулацията. На време диаграмата Signals са обединени носещия (с жълт цвят) и задаващия (с червен цвят) сигнали. Следват времедиаграмите на ШИМ сигналите към двата транзистора съответно g1 и g2, напрежението върху котвената намотка Ua, котвения ток Ia и оборотите на въртене на двигателя n.

Задаващия сигнал в началото е 0, следва повишаване до 9 и намаляване до 0 за равни времена от по 0.1 секунди, следва намаляване до -9 и повишаване до 0 за равни времена от по 0.1 секунди, след което от 2.5 секунда нататък рязко се повишава и запазва стойността 9. Целта с този задаващ сигнал беше да се симулира положително и отрицателно задание (и съответно управление) на двигателя. Последната част от задаващия сигнал представлява скоково въздействие, което дава възможност да се изследва динамиката на двигателя с това ШИМ управление.

При симулациите са зададени същите параметри на постояннотоковия двигател, както беше и при предишните симулационни схеми.
На фиг. 4.24 са представени времедиаграмите при положително изменение на задаващия сигнал, а на фиг. 4.25 – при отрицателното му изменение. Графиките са почти идентични като са огледални една спрямо друга, т.е. стойностите по вертикалната ос по абсолютна стойност са равни за двете фигури, но се различават по знак. При положително (отрицателно) изменение при нарастването на задаващия сигнал, продължителността на импулсите за първия транзистор се увеличава (намалява), а за втория намалява (се увеличава).

Поради индуктивния характер на котвената верига при превключването на транзисторите се получават големи пренапрежения, които са толкова по-големи, колкото е по-висока стойността на задаващия сигнал (достигат стойности около +/-1500V). Токът в котвената намотка достига до около +/-260А при най-високата стойност на задаващия сигнал. За краткото време от около 0.2 секунди двигателя достига до около 430 r/min в едната или в другата посока.

На фиг. 4.26 са представени времедиаграмите при симулация със задаващ сигнал със скокообразна форма. Поради рязкото изменение на задаващия сигнал се забелязва увеличаване на токът в котвената верига, който достига максимума си около 300А за около 0.05 секунди, след което плавно намалява, пропорционално на скоростта на въртене. Точно в този момент (0.05 секунди след скокът) се забелязва също, че големината на отрицателните пренапрежения в моментите на превключване на транзисторите, достигат до около 1800V. От времедиаграмите на Ua и Ia се вижда, че максималните стойности на пренапреженията при превключване се изменят по същата зависимост, както се изменя големината на котвения ток. Оборотите на двигателя достигат до 1100 r/min след около 0.9 секунди, като се има в предвид, че максималните обороти са 1220 r/min според зададените параметри на модела.

Получените при симулацията резултати показват, че при използването на тази схема е нужно да се вземат мерки за предпазване на компонентите в нея от големите стойности на напрежението и тока, особено ако се очаква задаващия сигнал да бъде с големи изменения за краки интервали от време.


4.6. Изводи

Възможно е да се направи сравнение между различните симулационни схеми в глава 4, работещи по три различни метода за управление, тъй като са симулирани при едни и същи условия – например използвания постояннотоков двигател е с едни и същи параметри, захранващото напрежение е 240V и т.н.

В таблица 4.3 е направен опит да се обобщят направените изводи от дипломната работа.

Таблица 4.3. Изводи



Метод

Особеност



Реостатно

Фазо-импулсно

ШИМ

Захранване

Без значение

Променливо

Постоянно

Приложение

При стартиране на двигателя

Грубо регулира­не на скорост

Финно регулира­не на скорост

Трудности

Мощни резистори с малки и точни стойности

При настройването на закъснителната група и пусковото устройство

Ограничения на ключовите елементи по максимални напрежения, токове и честота

Сложност на схемата

Средна

Ниска

Висока

Превишаване на номиналните параметри

Пикове на тока при превключване;

Голяма разсейвана топлинна мощност



Пикове на напрежението при превключване

Пикове на напрежението при превключване; Многократно превишаване на тока при рязка промяна в заданието

Време за достигане на зададена скорост

С нарастване на броя стъпала времето намалява;

Около 4.5 s (до 1220 r/min; с три стъпала)



Около 4.5 s (до 700 r/min; с едно-полупериодна схема)

Около 0.9 s (до 1100 r/min; схема с два ключа)



Заключение
В началото на диплномната работа беше представена информация от литературната справка за историческото развитие на електрическите двигатели, направена беше класификация на основните типове електрически двигатели според техните предимства, недостатъци, области на приложение и вида на прилаганото към тях захранване.

Беше описан принципът на работата на постояннотоковите електрическите двигатели и бяха представени особеностите им, техните предимства, недостатъци и области на приложение, свързани с разликите в конструкцията им.

Бяха представени основните понятия, видове характеристики, зависимости и схеми на включване на постояннотоковите двигатели, както и различни методи и схеми за постигане на управление върху изходните им параметри.

Представен беше математически модел за симулиране на постояннотоков двигател, заложен в MATLAB 6.5, както и алтернативен математически модел от друг източник. За всеки модел беше описан начина за работа с него и характерни особености.

Представени бяха основни методи за регулиране на скоростта на постояннотоковите двигатели и бяха разработени симулационни схеми за три от тях:

- чрез изменение на съпротивлението в котвената верига (реостатно регулиране);

- чрез изменение на напрежението с управляем тиристорен (еднополупериоден) токоизправител (фазо-импулсно регулиране);

- чрез широчинно-модулиран (ШИМ) сигнал (схема с два транзисторни ключа и двуполярно захранване).

Разработена и анализирана беше също симулационна схема за генериране на ШИМ сигнал и беше сравнена работата й с готов блок от библиотеката на Simulink.

Разработените симулационни схеми могат в бъдеще да бъдат оптимизирани и модифицирани с цел да се представят и анализират пълните им възможности. Може също да се добавят в схемите нови инструменти за визуализация и измерване (например за анализиране на честотния спектър на тока в двигателя и др.).

Събраната инфорамция за постояннотокови двигатели, методите за регулиране (управление) и принципните схеми за реализирането им, математическите им модели и разработените симулационни схеми за анализирането на различните методи за управление, както и получените резултати от симулацията им, могат да се използват с учебна цел от студентите от специалност „АИУТ” по дисциплината „Автоматизация на технологични процеси”, както и по други дисциплини свързани с темата.

Използвана литература
[1] http://bg.wikipedia.org/wiki/Електрически_двигател, 7 ноември 2009г.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motor, 1. февруари 2010г.

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Ball_bearing_motor, 19 януари 2010г.

[4] Марстън. Р., 110 тиристорни схеми, Техника, София, 1979г.

[5] http://homepages.which.net/~paul.hills/SpeedControl/SpeedControllersBody.html, 5 октомври 2005г.

[6] STMicroelectronics, TD340 H-BRIDGE QUAD POWER MOSFET DRIVER FOR DC MOTOR CONTROL, 2000.

[7] Тимошенко, А. В., Радіоаматор №4, 2008г.

[8] Mahmoud Riaz, SIMULATION OF ELECTRIC MACHINE AND DRIVE SYSTEMS USING MATLAB AND SIMULINK, University of Minnesota, November 20, 2009.






Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница