Şebekeden bağımsız Rüzgar Suyu Pompasının Akıllı Kontrol Sistemi Üzerine Simülasyon Araştırması
Wang Wei, Wang Jingwen
(Ordos Uygulamalı Teknoloji Enstitüsü, Ordos 017000, İç Moğolistan)
: Çekirdek olarak fırçasız DC motor (BLDCM) denetleyicisine sahip küçük bir rüzgar pompası sisteminin MATLAB / Simulink simülasyon modeline odaklanın. Fırçasız DC motorun çalışma prensibi açıklanır, küçük rüzgar pompasının kontrol sistemi matematiksel olarak modellenir ve simüle edilir ve BLDCM hız kapalı döngü sisteminin çalışması simüle edilir, bu da sistemin kapalı döngü hız düzenlemesini gerçekleştirebildiğini doğrular. Rüzgar gücüne göre su çıkışını otomatik olarak artırabilir.
: Fırçasız DC motor; MATLAB / Simulink simülasyonu; hız kapalı döngü kontrolü
: TM381 belge tanımlama kodu: ADII: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2017.02.023
Alıntı biçimi Wang Wei, Wang Jingwen. Şebekeden Uzak Rüzgar Suyu Kaldırma Makinesinin Akıllı Kontrol Sistemi Simülasyon Araştırması J. Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2017, 36 (2): 74-77.
0 Önsöz
Güç elektroniği teknolojisinin sürekli gelişimi ve nadir toprak kalıcı mıknatıs malzemelerinin geniş uygulamasıyla, fırçasız DC motorlar, yüksek verimlilikleri, yüksek başlangıç torku, yüksek güç faktörü ve diğer birçok avantajı nedeniyle yüksek performans ve yüksek güvenilirlikte giderek daha fazla kullanılmaktadır. Cinsel durumlar [1]. Rüzgar suyu pompa sistemi, fırçasız DC motoru (BLDCM) çalıştırmak için güç olarak temiz enerji-rüzgar enerji kaynaklarını kullanır ve önemli çevresel, enerji ve sosyal faydaları olan rüzgarın boyutuna göre su çıkışını akıllıca değiştirebilir. , İyi bir kalkınma potansiyeline sahiptir.
1 Sistemin temel ilkeleri
Geleneksel şebekeden bağımsız rüzgar pompası sistemi esas olarak üç bölümden oluşur: AC güç kaynağı, motor ve kontrolörü ve santrifüj pompası Temel yapısı Şekil 1'de gösterilmiştir. Bunların arasında AC güç kaynağı genellikle rüzgar jeneratörlerinden oluşur.
Bu makale, fırçasız DC motorların çalışmasına odaklanmaktadır. Fırçasız DC motor, temel yapısı itibariyle elektronik anahtarlama devreleri, sabit mıknatıslı senkron motorlar ve konum sensörlerinden oluşan bir motor sistemi olarak düşünülebilir.İlke blok şeması Şekil 2'de gösterilmiştir.
DC güç kaynağı, anahtar devresi aracılığıyla motorun stator sargılarına güç sağlar ve rotor konum sensörü, herhangi bir zamanda rotorun konumunu algılar. Ana kontrol ünitesi, rotor pozisyon sensörü tarafından tespit edilen rotor pozisyon geri besleme sinyaline göre komütasyon mantığı üretir ve bunu bir kontrol sinyali oluşturmak için mantıksal olarak PWM sinyali ile sentezler. Kontrol sinyali, tahrik devresi tarafından güçlendirilir ve motorun her faz sargısının belirli bir sırayla açılması için statora bağlı güç anahtarı tüpünün açılıp kapanmasını kontrol etmek için kullanılan inverterin her bir güç anahtarı tüpünün şebekesine gönderilir. İş, böyle bir iş döngüsü, motor, ardışık manyetik çekme kuvvetinin etkisi altında belirli bir yönde döner.
2 Sistem modelleme
Simulink araç kutusunu simülasyon için MATLAB yazılımında kullanın. Bu yazılım MathWorks tarafından geliştirilmiş iyi bilinen bir dinamik simülasyon sistemidir. Doğrusal ve doğrusal olmayan, sürekli ve süreksiz sistemleri veya bunların karışık sistemlerini simüle edebilir ve simülasyon parametrelerini kolayca değiştirebilir [ 2].
Simülasyon sistemi AC güç kaynağı, doğrultucu, inverter, fırçasız DC motor gövdesi, komutasyon mantığı, kontrolör ve yük torkundan oluşur. Yük, santrifüj pompanın yüküdür ve yük torku, hızın ikinci gücü ile orantılıdır.Motorun kararlı durumda çalışması, uygun bir orantısal katsayı seçilerek sağlanabilir.Bu sistemde, parametre, TL = 0.0000052n2, küçük olarak seçilir. Rüzgar pompası kontrol sisteminin simülasyon yapısı Şekil 3'te gösterilmektedir.
2.1 Motor gövdesinin matematiksel modeli
"İki fazlı iletim yıldız bağlantılı üç fazlı altı durumlu" fırçasız DC motorun temel özelliklerine dayanarak, analizi basitleştirmek için genellikle simülasyon modellemesinde varsayılır [2]:
(1) Hava boşluğu manyetik alanı bir kare dalgadır ve üç fazlı sargı ve manyetik alan simetrik olarak dağıtılır;
(2) Kavrama, değiştirme süreci ve armatür reaksiyonunun etkilerini göz ardı edin;
(3) Sargılar, statorun iç yüzeyine eşit ve sürekli olarak dağılmıştır;
(4) Manyetik devre doymamış, girdap akımı ve histerezis kaybı sayılmaz.
Bu varsayımlar altında, bir "iki fazlı iletim yıldız bağlantılı üç fazlı altı durumlu" fırçasız DC motor matematiksel modeli elde edilebilir.
Voltaj denklemi:
Formülde, ua, ub, uc, üç fazlı sargı fazı voltajıdır; ea, eb, ec, üç fazlı sargının arka elektromotor kuvvetidir; R, statorun her faz sargısının direncidir; ia, ib, ic, statorun üç fazlı sargısının faz akımlarıdır. ; L, her bir faz sargısının kendi kendine endüktansıdır; M, her iki fazlı sargı arasındaki karşılıklı endüktanstır.
Elektromanyetik torkun matematiksel denklemi:
Formülde ea, eb, ec, üç fazlı sargının arka elektromotor kuvvetidir; ia, ib, ic, üç fazlı sargının faz akımlarıdır.
Rotor hareket denklemi:
Formülde Te elektromanyetik tork, TL yük torkudur ve J rotor ile yük arasındaki atalet momentidir.
Yukarıda elde edilen matematiksel modele göre, geri EMF modülünün taramalı tablo yöntemi [3] ile gerçekleştirildiği BLDCM motor gövdesi oluşturulabilir.
2.2 İnvertör modeli
Fırçasız DC motorun invertörü, esas olarak 6 güç transistörü ve 6 serbest dönen diyottan oluşan üç fazlı bir tam köprü yapısıdır ve simülasyon modeli Şekil 4'te gösterilmiştir.
Çalışma modu iki fazlı iletim modudur, yani her an iki güç tüpü açılır ve faz her 1/6 periyotta (60 ° elektrik açısı) değiştirilir. Motor dönerken her bir güç tüpünün iletim sırası şöyledir: VT6, VT1 VT1, VT2 VT2, VT3 VT3, VT4 VT4, VT5 VT5, VT6 VT6, VT1, anahtarın iletim sinyali ana ünite tarafından kontrol edilir. Kontrol çipi, rotor konumu algılama sinyali tarafından üretilen komutasyon mantığına göre belirlenir.
2.3 Komutasyon mantığı ve kontrol sinyali modeli
BLDCM sargı komütasyonu, rotorun [4] konumunu tespit ederek elde edilir. Her güç anahtarı tüpünün kontrol sinyali, rotor konumunun bir fonksiyonudur ve her güç anahtarının komutasyon mantık sinyali, arama tablosu yöntemi kullanılarak rotor konum sinyaline göre kolayca üretilebilir.
Simülasyonda, PWM sinyali, geri besleme akımı sinyali tarafından üretilen üçgen bir dalga sinyalidir ve hız PI kontrol çıkışı, bir DC ayar sinyali olarak kullanılır.İkisi üst üste getirildikten sonra, eşit genlikte, eşit genişlikte ve eşit mesafede bir PWM dalgası elde etmek için bir histerez bağlantısından geçeceklerdir.
Her anahtar tüpünün kontrol sinyali, komütasyon mantık sinyalinin ve PWM sinyalinin mantık VE çalışmasından sonra elde edilebilir Şekil 5, VT1 ~ VT6'nın her bir güç anahtarı tüpünün kontrol sinyalini gösterir.
2.4 Doğrultucu modeli
Doğrultucu, AC gücünü BLDCM'nin gerektirdiği DC güce dönüştürmek için kullanılır.Şekil 6, üç fazlı bir köprü doğrultucu 0 ° iletim durumu devresini gösterir.Bunlardan üç fazlı köprü, SimPowerSystems'deki Evrensel Köprü'den oluşur ve tetik sinyali G, Senkron 6 puls üreteci sağlanır [5].
AC gücünün ve senkron pulsunun frekansını 50 Hz'ye ve 6 puls üretecinin ateşleme açısını 0 ° olarak ayarlayın. Çıkış voltajını stabilize etmek için çıkış ucuna paralel olarak büyük bir kapasitör bağlanır ve sürücünün her iki ucuna eklenir.
3 Simülasyon ve analiz
Simülasyon parametrelerini aşağıdaki şekilde ayarlayın:
Kutup çifti sayısı p = 2, armatür sargı direnci R = 2 faz başına, öz endüktans L = 4,2 mH, karşılıklı endüktans M = 0,2 mH, arka elektromotor kuvvet katsayısı ke = 0,635 V · rad / s, rotor atalet momenti J = 2 × 10-3N · m · s2, simülasyon süresi 0,2 sn ve simülasyon örnekleme adımı 1 × 10-6 sn'dir.
Sistemin AC giriş voltajının efektif değeri U1, verilen hız n, sistemin maksimum giriş voltajı 120 V, nominal giriş voltajı 85,5 V ve otomatik kapanma voltajı 25 V'tur.
Sistemi simüle edin ve giriş voltajı 120 V, 85,5 V ve 25 V olduğunda doğrultucu çıkış voltajı Ud, A fazı armatür akımı ia, A ters elektromotor kuvveti ea, hız n ve elektromanyetik tork Te dalga formlarını gözlemleyin. Simülasyon sonuçları Şekil 7'de gösterilmektedir. ~ Şekil 10'da gösterildiği gibi.
Şekil 7 ve Şekil 8'den, verilen hız 1200 d / dak olduğunda, giriş voltajının maksimum voltaj ve nominal voltaj olduğu, motor hızının 1200 r / dak'da kaldığı ve motorun elektromanyetik tork, akım ve diğer parametrelerinin normal olduğu görülebilir. Sistem iyi çalışıyor.
Şekil 8 ve Şekil 9'dan, nominal gerilim altında, motorun gerçek hızının her zaman verilen hızı takip ettiği, verilen hızın değişmesi ile motorun elektromanyetik torku gibi parametrelerin de değiştiği ve sistem su çıkışının ayarlanabildiği görülmektedir.
Simülasyon dalga formu diyagramları 7 ~ 10'a göre U02.34U1'in üç fazlı köprü doğrultucu devresinden elde edilebileceği elde edilebilir.Belirli bir hızda sistem hızlı ve sorunsuz yanıt verir ve hız, elektromanyetik tork, faz akımı ve ters potansiyel hızlıdır. Kararlı duruma ulaşıldığında, elektromanyetik tork dalgalanması çok küçüktür ve dalga biçimleri fırçasız DC motorun teorik analizi ile tutarlıdır.
Kapsamlı simülasyon sonuçları, BLDCM, giriş voltajına göre hızı otomatik olarak artırabilir, böylece küçük rüzgar pompası sistemi rüzgara göre su çıkışını akıllıca artırabilir. Rüzgar bol olduğunda, sistem kapalı bir döngüde çalışır ve su talebi büyük olduğunda, BLDCM nominal hızda çalışabilir.Su talebi küçükse, motorun su talebini karşılamak için nominal hızın altında belirli bir hızda çalışmasını sağlamak için hız manuel olarak ayarlanabilir; Rüzgar yetersiz olduğunda, BLDCM stator terminaline uygulanan voltaj yüksek değildir, bu nedenle hız düşük olduğunda motorun çalışma durumu kötü olur.
4. Sonuç
Fırçasız DC motorun matematiksel modeline dayanan bu makale, bir hız ve mevcut çift kapalı döngü kontrol şeması önermektedir. MATLAB / Simulink tarafından BLDCM kontrol sisteminin bir simülasyon modeli oluşturuldu ve sistemin genel modeli simüle edildi ve elde edilen dalga formları teorik dalga formlarıyla tutarlıydı, böylece sistemin uygulanabilirliği doğrulandı. Motorun farklı giriş gerilimleri ve verilen farklı hızlar altında çalışması analiz edilerek, sistemin hızı giriş gerilimine göre otomatik olarak artırabileceği ve belirli bir aralıkta kapalı döngü hız kontrolü sağlayabileceği sonucuna varılmıştır.
Referanslar
[1] Xia Changliang Fırçasız DC Motor Kontrol Sistemi M Beijing: Science Press, 2009.
[2] Wang Li, Liu Jinglin Fırçasız DC motor sürücü sisteminin modellemesi ve hata analizi J Ölçme ve Kontrol Teknolojisi, 2010,29 (12): 35-39.
3 Yang Lemei Matlab fırçasız DC motor kontrol sistemine dayalı yeni bir modelleme ve simülasyon yöntemi J Qingdao Üniversitesi Dergisi, 2008, 23 (4): 61-65.
4 Ye Zhenfeng, Lei Huaigang Matlab J. Micro Motor, 2006,12 (3): 22-26'ya Dayalı Fırçasız DC Motor Kontrol Sisteminin Simülasyonu.
[5] Yao Jun, Ma Songhui. Simulink modelleme ve simülasyon M. Xian: Xidian Üniversitesi tarafından yayınlandı, 2002.
