Laboratorium Elektromechanicznych Systemów Napędowych

Transkrypt

1 Laboratorium Elektromechanicznych Systemów Napędowych Ćwiczenie 3, część 3 Badanie stanów dynamicznych silnika prądu stałego z magnesami trwałymi Wskazówki do rozwiązania zadania 3 W trzecim zadaniu zostaną rozpatrzone trzy sposoby rozruchu silnika, które zapewnią ograniczenie prądu na zadanym poziomie. W przypadku badanego silnika magnesy zachowają swoje parametry tzn. pewne ich fragmenty nie ulegną częściowemu rozmagnesowaniu rys. f i g, gdy prąd twornika nie przekroczy dwukrotnej wartości prądu znamionowego. Przyczyną powstawania dużego przetężenia tzn. osiągania przez prąd kilkunastokrotnej wartości prądu znamionowego w pierwszej fazie rozruchu jest mała wartość napięcia indukowanego rotacji, które jest proporcjonalne do prędkości obrotowej. Przy małym napięciu indukowanym stałe napięcie zalania jest równoważone przez spadek napięcia na rezystancji, który jest proporcjonalny do rezystancji i prądu twornika. Z powyższego wynika, że są możliwe dwie metody ograniczenia prądu podczas rozruchu maszyny przez: - zwiększenie spadku napięcia na rezystancji twornika, - obniżenie napięcia zasilania. Zwiększenie spadku napięcia na rezystancji twornika, przy jednoczesnym ograniczeniu prądu polega na dołączeniu do twornika dodatkowej rezystancji rozruchowej tzw. rozrusznika rezystancyjnego o skokowej lub ciągłej zmianie rezystancji w funkcji czasu. Praktycznym sposobem obniżenia średniej wartości napięcia zasilania jest zasilanie maszyny przez układ łączników energoelektronicznych, które umożliwiają włączanie i wyłączanie napięcia zasilania z dużą częstotliwością i jednocześnie zapewniają kontrolowanie prądu na zadanym poziomie. Sposób ten krotko określa się zasilaniem impulsowym maszyny. Zostaną rozpatrzone dwie opcje zasilania impulsowego, w których do ograniczenia prądu zostanie zastosowany: - regulator histerezowy umożliwiający kontrolowanie górnej i dolnej wartości prądu. - generator impulsów, o stałej częstotliwości z górnym ograniczeniem prądu. Jako problemy do samodzielnego rozwiązania zostaną zaproponowane zadania polegające na modyfikacji modeli symulacyjnych w taki sposób żeby umożliwiały ograniczenie prądów opisanymi powyżej sposobami również podczas hamowania dynamicznego. Modelowanie rozruchu silnika z ograniczeniem prądu za pomocą rozrusznika Do zamodelowania trzech sposobów rozruchu silnika wykorzystano nieliniowy model silnika z zadania drugiego. W przypadku pierwszego sposobu ograniczenia prądu model powinien umożliwić zmianę w czasie rezystancji połączonej szeregowo z silnikiem. Regulację całkowitej rezystancji twornika i rozrusznika, w funkcji czasu można uzyskać poprzez odpowiednie przygotowanie wektora czasu i wektora rezystancji, które należy użyć w bloku Repeating Sequence. Bloki te były stosowane w modelu symulacyjnym do drugiego zadania. Zatem przygotowanie modelu symulacyjnego do pierwszej części trzeciego zadania polega na: - zapisaniu modelu z zadania pod inną nazwą np. cw33.mdl

2 - usunięciu modelu liniowego, - zmianie wektorów w blokach modelujących napięcie, rezystancję, indukcyjność i moment bezwładności. W bloku modelującym rezystancję, w polu wektora czasu (pierwsze pole edycyjne) wpisać nazwę mtrr, w pozostałych blokach wpisać w to pole nazwę mtr. W drugie pole bloków modelujących poszczególne parametry należy wpisach nazwy wektorów, odpowiednio: muzas, mrt, mlt, mj. W wyniku tego otrzymano model jak na rys. 47. Podsystem zawierający nieliniowy model silnika jest taki sam jak na rys. 3. Dla wygody zawartość tego podsystemu pokazano jeszcze raz na rys 48. Rys. 47. Model silnika do projektowania rozrusznika Rys. 48. Zawartość podsystemu model nieliniowy z rys. 47. Projektowanie rozrusznika polega na znalezieniu metodą prób odpowiedniej zależności rezystancji od czasu. Jeżeli zmiana rezystancji odbywa sie w sposób skokowy, to liczba skoków rezystancji określa liczbę stopni rozrusznika. Określenie skokowej stopniowej (od wartości maksymalnej do zera) zależności rezystancji od czasu w rozruszniku wielostopniowym sprowadza się to do właściwego określenia wektora mtrr z wartościami

3 czasu, w których występują kolejne skoki i wektora mrt z wartościami rezystancji w kolejnych stopniach rozrusznika. Do określenia maksymalnej wartości rezystancji, przy której maksymalna wartość prądu nie przekroczy zadanej wartości maksymalnej np. Imax<=In można wykorzystać wyniki badania wpływu rezystancji na prąd podczas rozruchu rys 9 i. Przykładowo wektory mtrr = [tp tk], mrt = [ ]*Rtn przedstawiają zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy rozruszniku jednostopniowym, o maksymalnej wartości prądu Imax<=In. Zależność tę, bez ostatniego punktu pokazano na rys. 49. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika z zastosowaniem takiego rozrusznika pokazano na rys. 49a. Wektory mtrr = [tp tk] i mrt=[ ]*Rtn przedstawiają zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy rozruszniku dwustopniowym, o maksymalnej wartości prądu Imax<=In. Zależność tę, bez ostatniego punktu pokazano na rys. 5. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika z zastosowaniem takiego rozrusznika pokazano na rys. 5a. Do zadania ćwiczących należy zaprojektowanie skokowego rozrusznika wielostopniowego o liczbie stopni większej niż dwa oraz rozrusznika o ciągłej liniowej zmianie rezystancji w funkcji czasu. Wyniki symulacji dla takiego rozrusznika pokazano na rysunkach 5 i 5a. Po przeanalizowaniu wyników symulacji proszę odpowiedzieć na następujące pytania szczegółowe: W jaki sposób liczby stopni rozrusznika wpływa na czas rozruchu. Ile stopni ma rozrusznik równoważny rozrusznikowi o ciągłej zmianie rezystancji. Dla jakiej liczy stopni czas rozruchu jest krótszy od czasu pokazanego na rys. 5a. 3

4 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys. 49. Zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy jednostopniowym rozruszniku, o maksymalnej wartości prądu Imax<=In odniesiony do In.5.5 maksymalny In Czas rozruchu 7.3 s Rys. 49a. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika z zastosowaniem rozrusznika jednostopniowego z rys

5 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys. 5. Zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy dwustopniowym rozruszniku, o maksymalnej wartości prądu Imax<=In odniesiony do In.5.5 maksymalny In Czas rozruchu 5.4 s Rys. 5a. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika z zastosowaniem rozrusznika dwustopniowego z rys. 5. 5

6 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys. 5. Zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy ciągłym liniowym rozruszniku, o maksymalnej wartości prądu Imax<=In odniesiony do In.5.5 maksymalny In Czas rozruchu 4. s Rys. 5a. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika z zastosowaniem rozrusznika liniowego z rys. 5. Poniżej przedstawiono przykładowy fragment pliku skryptowego do rozwiązania całego zadania trzeciego. Fragment skryptu składa się z trzech części odnoszących się do: projektu rozrusznika, regulatora histerezowego i zasilania impulsowego z górnym ograniczeniem prądu. Każda i tylko jedna część pliku powinna być opcjonalnie uruchomiona 6

7 przez nadanie wartości właściwej zmiennej sterującej. W każdej części użyty jest inny model symulacyjny %% 3. Trzeci poziom ograniczenie prądu przy rozruchu else %poziom 3 %% 3.. Wektory używne w blokach modelowania: napięcia, %rezystancji, indukcyjności i momentu bezwładności mtr=[tp tk];%wektor czasu używany w blokach: Uzas, Rt, Lt, J muzas=[ ]*Un;% wektor używany w bloku sterowania napięcia Uzas mrt=[ ]*Rtn;% wektor używany w bloku sterowania rezystancji Rt mlt=[ ]*Ltn;% wektor używany w bloku sterowania indukcyjności Lt mj=[ ]*Jn;% wektor używany w bloku sterowania momentu % bezwładności J % Wybrać tylko jedną opcję - spośród trzech pierwszych rozrusznik=; %Projektowanie rozrusznika - rozruch bez obciążenia histereza=; %Rozruch z regulatorem histerezowym impuls=; %Rozruch z zasilaniem impulsowym i górnym ograniczeniem prądu rih=; % tylko rozruch, gdy modelowanie rozruchu i hamowania, %przy rozwiązywaniu problemów %% 3.. Ograniczenie prądu za pomocą rozrusznika if rozrusznik== % Dobór rozrusznika ograniczającego prąd do *In % w modelu cw33 w bloku Rt zastąpić wektor mtr wektorem mirr lstop=3;%liczba stopni rozrusznika if rih== %tylko rozruch tph=; if lstop== % Bez rozrusznika mtrr=[tp tk]; %wektor czasu mrt=[ ]*Rtn; %wektor rezystancji elseif lstop== % Rozrusznik skokowy jednostopniowy mtrr=[tp tk]; %wektor czasu mrt= [ ]*Rtn; %wektor rezystancji elseif lstop== % Rozrusznik skokowy dwustopniowy mtrr=[tp tk]; %wektor czasu mrt= [ ]*Rtn; %wektor rezystancji elseif lstop==3 % Tu wstawic dane własnego rozrusznika skokowego else % Rozrusznik liniowy - uzupełnić wektory rozrusznika mtrr=[tp......]; %wektor czasu mrt= [ ]*Rtn; %wektor rezystancji end opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu, '; opis='czas rozruchu '; else % rozruch i hamowanie if lstop== % Rozrusznik skokowy jednostopniowy tph=8; mtrr=[tp tph [ tk]+tph]; %w. czasu mrt= [ ]*Rtn; %w. rez. elseif lstop== % Rozrusznik skokowy dwustopniowy - uzupełnić wektory rozrusznika tph=6; mtrr=[tp tph [ tk]+tph];%w cz. mrt= [ ]*Rtn; %w rez. else 7

8 end % Rozrusznik liniowy - uzupełnić wektory rozrusznika tph=4.3; mtrr=[tp [......]+tph]; %wektor czasu mrt= [ ]*Rtn; %wektor rezystancji end mtr=[tp tph tph tk];%wektor czasu używany w blokach: Uzas,Lt,J muzas=[ Un Un ];% wektor używany w bloku ster. napięcia Uzas mlt=[ ]*Ltn;% wektor używany w bloku ster. induk. Lt mj=[ ]*Jn;% wektor używany w bloku ster. momentu bezw. J opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu i hamowaniu, '; opis='czas rozruchu i hamowania '; end sim('cw33'); figure('name','projekt rozrusznika', 'NumberTitle','off') plot(mtrr(:end-),mrt(:end-)/rtn,'.-b');grid xlabel(''); ylabel('rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt'); opis='z rozrusznikiem'; figure('name',[opis,opi], 'NumberTitle','off') %% 3.3. Ograniczenie prądu za pomocą regulatora histerezowego if histereza== % Zasilanie impulsowe z regulatorem histerezowym % W modelu cw33 w bloku Rt zastąpić wektor czasu mtrr wektorem mtr, % a w bloku Lt zstąpić wektor czasu mtr wektorem mtrl Imin=.8*In; %minimalna wartośc pradu Imax=*In; %maksymalna wartośc prądu mtrl=[tp.7.7 tk]; mlt= [ ]*Ltn; %mlt= [ ]*Ltn;% krotne zwiększenie indukcyjności podczas ograniczenia prądu if rih== %tylko rozruch tph=; sim('cw33'); opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu, '; opis='czas rozruchu '; else %rozruch i hamowanie tph=4.5; sim('cw33rh'); opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu i hamowaniu, '; opis='czas rozruchu i hamowania, ' ; end opis='z regulatorem histerezowym '; figure('name',[opis,opis],'numbertitle','off') end %% 3.4. Ograniczenie prądu za pomocą zas. imp. i ograniczenia prądu if impuls== % Zasilanie impulsowe o stałej częstotliwości z górnym % ograniczeniem prądu % W modelu cw33 w bloku Rt przywrócić wektor mtr i w bloku Lt zstąpić % wektor mtr wektorem mtrl fimp=3; U=Un; %U=3; T=/fimp; kwyp=99.9; %kwyp=un/u*; %kwyp=5; Imax=*In;Imin=In; 8

9 muzas=[ ]*U;% wektor używany w bloku sterowania napięcia Uzas mtrl=[tp.7.7 tk]; mlt= [ ]*Ltn; %mlt= [ 3 3 ]*Ltn;%3 krotne zwiększenie Lt if rih== %tylko rozruch tph=; sim('cw33'); opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu, '; opis='czas rozruchu '; else tph=4.5; sim('cw33rh'); opis=' i prędkość obrotowa przy rozruchu i hamowaniu, '; opis='czas rozruchu i hamowania, ' ; end opis='zas. impuls. z ogr. Imax '; figure('name',[opis,opis],'numbertitle','off') end t=ws(:,); i=ws(:,); om=ws(:,3); meln=wso(:,); mhamn=wso(:,); subplot(,,); plot(t,i/in,'b',,,'w'); xlabel('');grid ylabel(' odniesiony do In'); legend('',[' maksymalny ', numstr(max(i)/in,3),' In']); subplot(,,); plot(t,om/omn,'b',,,'w'); xlabel('');grid ylabel(''); legend('',[opis,numstr(t(end),3),' s']); if histereza== impuls== figure('name',[' i prędkość szczegóły ' opis],'numbertitle','off') subplot(,,); plot(t,i/in,'b',,,'w'); xlabel('');grid ylabel(' odniesiony do In'); legend('',[' maksymalny ', numstr(max(i)/in,3),' In']); if histereza== set(gca,'ylim',[imin/in-.5 Imax/In+.5],... 'xlim',[.5.5])%powiekszenie prądu else set(gca,'ylim',[imin/in-.5 Imax/In+.5],... 'xlim',[.5.5])%powiekszenie prądu end subplot(,,); plot(t,om/omn,'b',,,'w'); xlabel('');grid ylabel(''); legend('',[opis,numstr(t(end),3),' s']); end figure('name',['prędkość i momenty ' opis],'numbertitle','off') plot(t,om/omn,'r',t,mhamn/mn,'k',t,meln/mn,'g',t,(meln-mhamn)/mn,'b'); xlabel('');grid ylabel('prędkość i momenty odn. do znam.'); legend('prędkość ','Moment hamujący bier.',... 'Moment elektromagnetyczny', 'Moment dynamiczny'); 9

10 Problem Z zadania drugiego wynika, że niebezpieczne przetężenie występuje również przy hamowaniu dynamicznym. Zamodelować rozruch silnika z użyciem skokowego rozrusznika wielostopniowego i następującego po nim hamowania z zastosowaniem skokowego wielostopniowego ogranicznika prądu. Wskazówka: Zmodyfikować fragment skryptu dotyczący modelowania rozrusznika wektory mtr, muzas, mlt, mj zdefiniować tak jak w zadaniu, wartość tph określić na podstawie czasu rozruchu z danym rozrusznikiem Wektory mtrr i mrt powinny definiować zależność rezystancji od czasu podczas rozruchu i hamowania, czyli powinny modelować rozrusznik i ogranicznik prądu podczas hamowania. Przykładowo model rozrusznika i ogranicznika jednostopniowego uzyskano przy następujących wartościach zmiennych tph, mtrr i mrt. tph=8; mtrr=[tp tph [ tk]+tph]; mrt =[ ]*Rtn; Zależność całkowitej rezystancji rozrusznika i ogranicznika od czasu pokazano na rys. 5b, natomiast przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania przedstawiono na rys. 5b.

11 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys.5b. Zależność całkowitej rezystancji od czasu, przy jednostopniowym rozruszniku i ograniczniku o maksymalnej wartości prądu Imax <=In odniesiony do In - maksymalny In Czas rozruchu i hamowania 4.9 s Rys. 5c. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania silnika z zastosowaniem rozrusznika i ogranicznika jednostopniowego z rys. 5b. Wyniki, jakie powinny być otrzymane w rezultacie samodzielnego modelowaniu dwustopniowego rozrusznika i ogranicznika pokazano na rysunkach 5d i 5e., natomiast wyniki dla przypadku rozrusznika i ogranicznika z liniową zależnością rezystancji od czasu pokazano na rysunkach 5f i 5g.

12 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys.5d. Zależność całkowitej rezystancji od czasu w dwustopniowym rozruszniku i ograniczniku o maksymalnej wartości prądu Imax <=In odniesiony do In - maksymalny In Czas rozruchu i hamowania.7 s Rys. 5e. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania silnika z zastosowaniem rozrusznika i ogranicznika dwustopniowego z rys. 5d

13 7 Rezystancja w obw. twornika odniesiona do Rt Rys.5f. Zależność całkowitej rezystancji od czasu w liniowym rozruszniku i ograniczniku o maksymalnej wartości prądu Imax <=In odniesiony do In - maksymalny In Czas rozruchu i hamowania 9.3 s Rys. 5g. Przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania silnika z zastosowaniem liniowego rozrusznika i ogranicznika z rys. 5f 3

14 Modelowanie rozruchu silnika przy zasilaniu impulsowym z histerezowym regulatorem prądu Model do symulacji rozruchu z histerezowym regulatorem prądu pokazano na rys. 5. Model ten otrzymano w wyniku modyfikacji modelu cw53.mdl. Rys. 5. Model do symulacji rozruchu z histerezowym regulatorem prądu W ramach modyfikacji należy zmienić nazwy wektorów czasu w blokach Rt i Lt oraz zastosować w modelu blok przełącznika histerezowego Relay z biblioteki Discontinuities. W bloku Rt należy użyć wspólnego, dla bloków Uzas, Rt i J wektora czasu mtr. Za pomocą bloku Lt będzie można zmieniać indukcyjność podczas rozruchu, dlatego należy w nim użyć indywidualnego wektora czasu, mtrl. W bloku Relay należy wpisać parametry jak na rys. 53. Rys. 53. Parametry bloku Relay jako regulatora prądu 4

15 Na wejście bloku Relay podawany jest prąd silnika. Przy parametrach bloku, Relay jak na rys. 53, jeżeli prąd osiągnie wartość Imax, to na jego wyjściu pojawi się zero. Stan taki będzie trwał tak długa, aż prąd osiągnie wartość Imin. Wtedy stan wyjścia zmieni się na jeden i będzie trwał tak długo, aż prąd ponownie osiągnie wartość Imax itd. Jeżeli sygnał wyjścia z bloku Relay pomnożymy przez napięcie zasilania, to otrzymamy histerezowy regulator prądu, który wyłącza napięcie zasilania w przedziałach czasu, w których prąd maleje od wartości Imax do Imin. Po modyfikacjach model należy zapisać w pliku cw53.mdl. Zmienne użyte w modelu tworzone są w części skryptu, która dotyczy regulatora histerezowego. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu z histerezowym ograniczeniem prądu, które otrzymano z modelu cw53.mdl przedstawiono na rys. 54. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.33 s Rys. 54. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu z histerezowym ograniczeniem prądu Na rys 55. pokazano przebieg prądu z rys. 54 w dużym powiększeniu. odniesiony do In maksymalny In Rys. 55. Przebieg prądu z rys. 54 w dużym powiększeniu Z rysunku tego wynika, że częstotliwość przełączania regulatora wynosi ok. 3kHz. Częstotliwość ta zależy od indukcyjności silnika i nie jest stała w całym przedziale czasu działania ograniczenia prądu. Można to zobaczyć, jeżeli zwiększymy indukcyjność np. przez szeregowe dołączenie dławika Na rys 56 pokazano przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu po stukrotnym zwiększeniu indukcyjności silnika. W tym celu należy zmodyfikować, w części skryptu 5

16 dotyczącej regulatora histerezowego, wektor mlt = [ ]*Ltn. Zapewni to włączenie dodatkowej indukcyjności w czasie od zera do.7 s. Z rysunku 56 wyraźnie widać zmniejszenie częstotliwości przełączeń i zmieniającą się częstotliwość przełączeń regulatora. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.6 s Rys. 56. przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu po stukrotnym zwiększeniu indukcyjności Problem Zmodyfikować model symulacyjny z rys. 5, żeby umożliwiał zamodelowanie rozruchu i hamowania z histerezowym ograniczeniem prądu. Wskazówka: Ponieważ regulator histerezowy musi ograniczać dodatnie i ujemne wartości prądu blok Relay należy zasilić bezwzględną wartością prądu (zastosować blok Abs). Odpowiednio przetworzyć sygnał z bloku Relay ograniczającego prąd podczas rozruchu w taki sposób, żeby uzyskać sygnał ograniczający prąd podczas hamowania Skorzystać z tego, że gdy prąd podczas hamowania osiągnie bezwzględną wartość maksymalną to do jego zmniejszenia należy zasilić maszynę napięciem znamionowym. Sygnały ograniczające prąd podczas rozruchu i hamowania przełączać przełącznikiem sterowanym czasem (użyć bloku Switch). Gdy czas jest mniejszy od tph równego w tym przypadku 4.5 sek na wyjściu przełącznika powinien być sygnał ograniczający prąd podczas rozruchu, gdy większy od tph sygnał ograniczający prąd podczas hamowania. Sygnał z bloku modelującego napięcie zasilania Uzas należy pomnożyć (blok Product) przez sygnał z wyjścia przełącznika. Zwrócić uwagę na kolejność podłączenia sygnałów do bloku mnożącego. Żeby na jego wyjściu otrzymać sygnał typu rzeczywistego należy do jego pierwszego górnego portu podłączyć napięcie zasilania. Po modyfikacji model zapisać w pliku cw53rh.mdl Przebieg prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania z histerezowym regulatorem prądu przedstawiono na rys. 54a. 6

17 odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu i hamowania, 9.33 s Rys. 54a. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu i hamowania z histerezowym ograniczeniem prądu W jaki sposób porusza się wirnik podczas rozruchu i hamowania, gdy działa regulator histerezowy? Jaki to jest rodzaj ruchu? Modelowanie rozruchu silnika przy zasilaniu impulsowym z górnym ograniczeniem prądu Model do symulacji rozruchu przy zasilaniu impulsowym silnika z górnym ograniczeniem prądu pokazano na rys. 57. Model ten otrzymano w wyniku modyfikacji modelu cw53.mdl. Modyfikacje polegały na zastąpieniu przełącznika histerezowego podsystemem Ograniczenie prądu. Na dwa wejścia tego podsystemu wchodzi wyjście generatora impulsów Pulse Generator z biblioteki Sources i prąd silnika. Rys. 57. Model do symulacji rozruchu przy zasilaniu impulsowym silnika z górnym ograniczeniem prądu 7

18 Parametry generatora impulsów pokazano na rys. 58, gdzie T okres przebiegu impulsowego w sekundach, kwyp współczynnik wypełnienia w procentach, oznacza przez jaki czas wyrażony w procentach okresu na wyjściu generatora jest wartość amplitudy Rys. 58. Parametry generatora impulsów Zawartość podsystemu Ograniczenie prądu przedstawiono na rys. 59. Rys. 59. Wnętrze podsystem Ograniczenie prądu Zadaniem podsystemu Ograniczenie prądu jest ograniczenie górnej wartości prądu silnika. Narastające zbocze przebiegu impulsowego o amplitudzie jest wykrywane przez blok Crossing r.5, w którym parametr Hit crossing offset jest równy.5, parametr Hit crossing direction jest ustawiony na rising. Wyjście z tego bloku jest podawane na wejście Set przerzutnika S-R. Zatem jeśli na wyjściu generatora impulsów pojawi się wartość jeden to w tym samym momencie wartość ta pojawi się na wyjściu przerzutnika Q. Stan taki powinien trwać do momentu pojawienia się opadającego zbocza sygnału generatora impulsów lub do chwili, w której narastający prąd osiągnie wartość Imax. Opadające zbocze sygnału generatora impulsów jest wykrywane przez blok Crossing f.5 z parametrami.5 i falling. Osiągnięcie przez prąd wartości Imax jest wykrywane przez blok Crossing r Imax z parametrami Imax i rising. Suma logiczna tych sygnałów z bloku Logical Operator (z opcją OR) podana na wejście Reset przerzutnika S-R spowoduje zmianę stanu na jego wyjściu Q zgodnie z powyższymi wymaganiami. Sygnał na wyjściu podsystemu Ograniczenie prądu jest sygnałem typu logicznego (boolen). Żeby po pomnożeniu tego sygnału przez napięcie Uzas uzyskać sygnał typu real należy podąć go na drugie wejście bloku mnożącego, ponieważ w bloku mnożącym 8

19 domyślnie typ sygnał wyjściowego jest zgodny z typem sygnału podanego na pierwsze wejście Po modyfikacjach model należy zapisać w pliku cw53.mdl. Zmienne użyte w modelu tworzone są w części skryptu, która dotyczy zasilania impulsowego. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu silnika zasilanego impulsowo z ograniczeniem prądu przedstawiono na rys. 6. Przebiegi uzyskano z modelu cw53.mdl, o parametrach: f=3 khz, U=Un=4 V, kwyp=99.9, Imax=*In. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.43 s Rys. 6. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu, dla parametrów f=3 khz, kwyp=99.9, Imax=*In, U=Un=4 V Na rys. 6a. pokazano przebieg prądu z rys. 6 w dużym powiększeniu w wybranym przedziale czasu około.5s. odniesiony do In maksymalny In Rys. 6a. Przebieg prądu z rys. 6 w dużym powiększeniu Z rysunku tego wynika, że w tym czasie. częstotliwość przełączeń jest zmienna i mniejsza od 3 khz. Jest tak, ponieważ w rozpatrywanym przedziale, prąd szybciej maleje niż rośnie. Jeżeli przypadkowo górne ograniczenie prądu zadziała na początku okresu to prąd maleje przez większą cześć okresu i zmniejszy się na tyle, że do osiągnięcia wartości maksymalnej potrzeba więcej niż jednego okresu. Jeżeli dysponujemy źródłem o większej wartości napięcia niż znamionowe to średnią wartość napięcia znamionowego można uzyskać, przy mniejszym współczynniku 9

20 wypełnienia. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu silnika zasilanego impulsowo z ograniczeniem prądu, przy parametrach: f=3 khz, U=3 V, kwyp=un/u*, Imax=*In. Pokazano na rys. 6. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.64 s Rys. 6. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu i parametrach f=3 khz, U=3 V, kwyp=un/u*, Imax=*In Z rysunku wynika, że w tym przypadku uzyskano zmniejszenie tętnień prądu w końcowej fazie przedziału czasu, w którym działało ograniczenie prądu kosztem nieznacznego wydłużenia czasu rozruchu. Zasilanie impulsowe praktycznie wykorzystuje się do regulacji napięcia i prędkości obrotowej silnika. Na rys. 6 pokazano przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu silnika, przy parametrach: f=3 khz, U=Un V, kwyp=5, Imax=*In. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 3.34 s

21 Rys. 6. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu i parametrach f=3 khz, U=Un V, kwyp=5, Imax=*In. Tętnienia prądu można zmniejszyć przez zwiększenie częstotliwości lub przez zwiększenie indukcyjności twornika. Na rys. 63 pokazano przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu silnika, przy parametrach f=9 khz, U=Un V, kwyp=99.9, Imax=*In. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.8 s Rys. 63. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu i parametrach f=9 khz, U=Un V, kwyp=99.9, Imax=*In. Na rys. 64 pokazano przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu silnika, przy parametrach f=3 khz, U=Un V, kwyp=99.9, Imax=*In i trzykrotnym zwiększeniu indukcyjności twornika. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu 4.7 s

22 Rys. 64. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu i parametrach f=3 khz, U=Un V, kwyp=99.9, Imax=*I po trzykrotnym zwiększeniu indukcyjności. Z rysunków 63 i 64 wynika, że po trzykrotnym zwiększeniu częstotliwości uzyskano praktycznie takie same przebiegi prądu i prędkości podczas rozruchu silnika, jak po trzykrotnym zwiększeniu indukcyjności twornika. Problem Zmodyfikować model symulacyjny z rys. 57, żeby umożliwiał zamodelowanie rozruchu i hamowania przy zasilaniu impulsowym z górnym ograniczeniem pradu. Wskazówka: Postępować podobnie jak przy rozwiązywaniu poprzedniego problemu Zamiast bloku Relay zastosować podsystem Ograniczenie pradu z rys. 59, który należy zasilić bezwzględną wartością prądu. Odpowiednio przetworzyć sygnał z podsystemu ograniczającego prąd podczas rozruchu w taki sposób, żeby uzyskać sygnał ograniczający prąd podczas hamowania Skorzystać z tego, że gdy prąd podczas hamowania osiągnie bezwzględną wartość maksymalną to do jego zmniejszenia należy zasilić maszynę napięciem znamionowym. Sygnały ograniczające prąd podczas rozruchu i hamowania przełączać przełącznikiem sterowanym czasem (użyć bloku Switch). Gdy czas jest mniejszy od chwili początku hamowania tph równej w tym przypadku 4.5 sek na wyjściu przełącznika powinien być sygnał ograniczający prąd podczas rozruchu, gdy większy od tph sygnał ograniczający prąd podczas hamowania. Sygnał z bloku modelującego napięcie zasilania Uzas należy pomnożyć (blok Product) przez sygnał z wyjścia przełącznika. Zwrócić uwagę na kolejność podłączenia sygnałów do bloku mnożącego. Żeby na jego wyjściu otrzymać sygnał typu rzeczywistego należy do jego pierwszego górnego portu podłączyć napięcie zasilania. Po modyfikacji model zapisać w pliku cw53rh.mdl Przebieg prądu i prędkości podczas rozruchu i hamowania przy zasilaniu impulsowym o parametrach f=3 khz, kwyp=99.9, U=Un=4 V z górnym ograniczeniem prądu Imax=*In przedstawiono na rys. 65. odniesiony do In maksymalny In Czas rozruchu i hamowania, 9.5 s Rys. 65. Przebiegi prądu i prędkości silnika podczas rozruchu i hamowania, przy zasilaniu impulsowym z ograniczeniem prądu i parametrach f=3 khz, kwyp=99.9, Imax=*In, U=Un=4 V

23 Pytania kontrolne:. Dlaczego podczas rozruchu maszyny prądu stałego z magnesami trwałymi występuje duże przetężenie, z jakiego powodu trzeba ograniczać te przetężenia?. Jakie są sposoby ograniczania prądu podczas rozruchu i hamowania dynamicznego, omówić krótko ich istotę? 3. Na czym polega ograniczenie prądu przy pomocy rozrusznika rezystancyjnego 4. Omówić działanie i sposób modelowania histerezowego ograniczenia prądu. 5. Omówić działanie i sposób modelowania zasilania impulsowego silnika z górnym ograniczeniem prądu. 6. Czym się różni histerezowe ograniczenie prądu od zasilania impulsowego z górnym ograniczeniem prądu podczas rozruchu silnika prądu stałego z magnesami trwałymi Jan Szczypior Warszawa w grudniu 9 r. 3