Symulacja układu napędowego z silnikiem DC i mostkiem typu H z

Ćwiczenie 2
Struktura układu tranzystorowego typu H zasilającego silnik prądu stałego przedstawiona jest
na Rys. 1. Tranzystory w układzie pracują dwustanowo (pełne zablokowanie bądź nasycenie), przy
czym załączenie dwóch tranzystorów (górnego i dolnego) w danej gałęzi jest niedozwolone ze
względu na zwarcie obwodu pośredniczącego DC. Tranzystory w mostku załączane są parami T1-T4
oraz T2-T3, tak aby w napięcie miedzy punktami A i B miało wartość udc lub -udc.
Rys. 1. Struktura układu przekształtnika tranzystorowego zasilającego silnik prądu stałego.
Naprzemienne załączanie tranzystorów uzyskane jest przez odpowiednie podłączenie sygnału
prostego i negowanego do bramek tranzystorów. Sygnał prosty prostokątny sterujący pracą
tranzystorów uzyskiwany jest na wyjściu komparatora porównującego wartość stałą us i sygnał
trójkątny utri o częstotliwości kilku kHz. Przykładowe przebiegi w układzie przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2. Przebieg sygnału bramkowego tranzystorów T1 i T4 oraz napięcie miedzy punktami Ai B.
Przebiegi prądu twornika oraz prędkości mechanicznej w układzie w którym układ sterujący
jest zadawany arbitralnie na stałym poziomie są podobne do przebiegów przy zasilaniu silnika prądu
stałego z nieregulowanego źródła napięcia DC (Rys. 3).
Rys. 3. Przebiegi prądu twornika oraz prędkości obrotowej.
Dzieje się tak, dlatego, że przy stałym współczynniku wypełnienia napięcia prostokątnego z
punktu widzenia silnika istotna jest wartość średnia napięcia. Silnik reaguje na wartość średnią dużym
początkowym prądem twornika – prądem rozruchowym. W celu ograniczenia prądu twornika i
precyzyjnego sterowania prędkością stosuje się układy automatycznej regulacji. W ćwiczeniu
wykorzystane zostaną regulatory typu proporcjonalno-całkującego PI.
Przebieg ćwiczenia
Ćwiczenie polega na zbudowaniu układu jak na rysunku 4.
Rys. 4. Schemat symulacyjnego układu typu H do zasilania silnika prądu stałego.
Parametry układu należy wpisać następująco:
Napięcie Udc – 120V
Sygnał trójkątny – wartość międzyszczytowa 240, częstotliwość 5kHz (5000), DC offset – -120.
Sygnał sterujący podany na dodatnie wejście komparatora w zakresie -120 do 120.
Prąd obwodu wzbudzenia 1.6A.
Parametry symulacji (ustawiane po dwukrotnym kliknięciu na zegar, wstawiany w obszar symulacji
po wybraniu Simulate –> Simulation Control) – krok obliczeń 10us, całkowity czas symulacji 3s.
Po zbudowaniu układu i wprowadzeniu parametrów należy uruchomić symulację (F8). Przy
współudziale prowadzącego zajęcia należy dokonać obserwacji i analizy napięć i prądów w tym
układzie.
Kolejnym krokiem jest zbudowanie układu z regulacją prądu twornika ja na Rys. 5 i dobranie
parametrów regulatorów PI, a następnie rozbudowa układu o nadrzędny regulator prędkości.
Rys. 5. Schemat symulacyjnego układu typu H z regulatorem prądu twornika.
Podczas strojenia regulatora prądu, należy nastawić obciążenie na wartość znamionową obliczoną
podczas realizacji ćwiczenia nr 1, a następnie ustawić sygnał zadany prądu twornika Izad na poziomie
wartości znamionowej. W ten sposób otrzymuje się równowagę między momentem
elektromagnetycznym silnika a obciążeniem przy zatrzymanej maszynie. Eliminuje się w ten sposób
wpływ siły elektromotorycznej maszyny na dynamikę regulacji prądu.
Podczas doboru nastaw regulatora prędkości sygnał zadany prędkości powinien być mniejszy od
wartości znamionowej. Układ z regulatorem prędkości nie jest opisany w instrukcji. Powinien być
zbudowany przez studentów samodzielnie na zajęciach przez analogię do Rys. 5, przy czym regulator
prądu jest również częścią układu z regulacją prędkości.