Структурные модели элементов и подсистем электропривода.
(продолжение)

Структурные модели элементов электромеханических систем с тиристорными управляемыми выпрямителями

Современные электромеханические системы обеспечивают автоматическое управление технологическими машинами и агрегатами. При использовании в качестве исполнительного органа электродвигателя постоянного тока наилучшие статические и динамические характеристики получаются при изменении напряжения якорной цепи. Поэтому наибольшее применение для этих целей нашли системы со статическими преобразователями напряжения, в частности с тиристорными управляемыми выпрямителями (ТУВ). Наличие определенной специфики электромеханического преобразования энергии и процессов регулирования координат ЭМС с ТУВ требуют специального рассмотрения вопросов имитационного моделирования таких объектов.

Предлагаемая методика моделирования позволяет учитывать основные специфические свойства ТУВ как элемента динамической системы - дискретный характер управления, неполную управляемость вентилей, нелинейность характеристик управления, наличие пульсаций напряжения и тока нагрузки без рассмотрения процессов в каждом вентиле, а также обеспечивает корректную имитацию динамических процессов в режимах непрерывного и прерывистого токов нагрузки.

Алгоритм воспроизведения реальных динамических процессов в системах с ТУВ предлагается разделить на два этапа:

1. Непрерывный сигнал управления U_у преобразуется в сетчатую функцию угла открывания тиристоров a_j (j=0,1,2,...), в соответствии с которойиз отрезков синусоид напряжения питающей сети формируется т.н. внутренняя ЭДС управляемого выпрямителя . Физическим аналогом этой ЭДС является напряжение на нагрузке при бесконечной индуктивности (L_н=Ґ) и идеальном силовом трансформаторе.
2. При выполнении условия протекания тока в нагрузке, когда сумма внутренней ЭДС и ЭДС нагрузки положительна, вычисляется его значение, которое соответствует реальному.

Для применения приведенного алгоритма в библиотеку типовых нелинейных элементов включено звено "Управляемый выпрямитель", в котором программно реализовано математическое описание зависимости для симметричных схем ТУВ с числом фаз m=2,3,6 при следующих основных допущениях:

• вентили являются идеальными ключами, открывающимися при подаче управляющего импульса и наличии положительного прямого напряжения;
• управление вентилями осуществляется "широкими" импульсами, но не шире интервала дискретности;

• ТУВ выполнен по бестрансформаторному варианту.

Для получения реальной картины динамических процессов в системе "тиристорный управляемый выпрямитель - нагрузка" (ТУВ - Н) воспользуемся схемой замещения (рис. 10.1). В общем случае характер нагрузки, подключенной к ТУВ, представим с помощью некоторого комплексного сопротивления Z_н(s) и ЭДС нагрузки EН, а вентильные свойства преобразователя учитывает идеальный вентиль V

Тогда уравнения для вычисления тока нагрузки будет иметь вид:

(10.1)

где S(i_н) - переключающая функция, учитывающая прерывание тока в нагрузке и равная 1 при i_н(t)>0 и 0 при i_н(t)=0

Вентильные свойства ТУВ обусловливают режим прерывания тока, когда сумма внутренней ЭДС, противоЭДС нагрузки и запаса реактивной энергии становится отрицательной. Это обстоятельство требует построения модели переменной структуры, подключающей внутреннюю ЭДС ТУВ к нагрузке при выполнении одного из следующих условий:

(10.2)

В соответствии с приведенными выше рассуждениями структурная модель нереверсивного ТУВ принимает вид, показанный на рис. 10.2.

При использовании в качестве нагрузки электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения в его модель следует внести некоторые изменения, а именно, разомкнуть обратную связь по противоЭДС . Модифицированная схема модели двигателя при постоянном магнитном потоке приведена на рис. 10.3.

Составим из представленных функциональных блоков структурную модель функционального уровня системы "Нереверсивный ТУВ - электродвигатель постоянного тока". Результаты построения модели приведены на рис. 10.4. Имитационные эксперименты с этой моделью, результаты которых в виде графиков напряжения на нагрузке, тока и скорости двигателя представлены на рис 10.5, подтверждают методики моделирования систем с тиристорными управляемыми выпрямителями

Таким образом, с использованием специально созданного нелинейного динамического элемента "Управляемый выпрямитель" могут быть построены структурные модели самых различных схем и конфигурации систем с тиристоными управляемыми выпрямителями.