Circuit DescriptionThis circuit use

Circuit Description

This circuit uses the DC5 block of SimPowerSystems™. It models a one-quadrant chopper (buck converter) drive for a 5 HP DC motor.

The 5 HP DC motor is separately excited with a constant 150 V DC field voltage source. The armature voltage is provided by an IGBT buck converter controlled by two PI regulators. The buck converter is fed by a 280 V DC voltage source.

The first regulator is a speed regulator, followed by a current regulator. The speed regulator outputs the armature current reference (in p.u.) used by the current controller in order to obtain the electromagnetic torque needed to reach the desired speed. The speed reference change rate follows acceleration and deceleration ramps in order to avoid sudden reference changes that could cause armature over-current and destabilize the system. The current regulator controls the armature current by computing the appropriate duty ratio of the IGBT 5 kHz pulses (Pulse Width Modulation). This generates the average armature voltage needed to obtain the desired armature current. In order to limit the amplitude of the current oscillations, a smoothing inductance is placed in series with the armature circuit.
Demonstration

Start the simulation. You can observe the motor armature voltage and current, the IGBT pulses and the motor speed on the scope. The current and speed references are also shown.

The speed reference is set at 500 rpm at t = 0 s. Initial load torque is 15 N.m.

Observe that the motor speed follows the reference ramp accurately (+250 rpm/s) and reaches steady state around t = 2.5 s. The armature current follows the current reference very well, with fast response time and small ripples. Notice that the current ripple frequency is 5 kHz.

At t = 2.5 s, the load torque passes from 15 N.m to 20 N.m. The motor speed recovers fast and is back at 500 rpm at t = 3 s. The current reference rises to about 16.7 A to generate a higher electromagnetic torque to maintain the speed reference. As observed before, the armature current follows its reference perfectly.

At t = 3 s, the speed reference jumps down to 350 rpm. The armature current lowers in order for the speed to decrease following the negative speed slope (-250 rpm/s) with the help of the load torque.

At t = 4 s, the speed stabilizes around its reference.
Notes

1) The power system has been discretized with a 1us time step. The speed and current controllers use a 100 us and 20 us sampling time respectively in order to simulate a microcontroller control device.

2) In order to reduce the number of points stored in the scope memory, a decimation factor of 25 is used. Some transitions may thus not appear on the scope. To view detailed simulation results, reduce the decimation factor to 1.

3) A simplified version of the model using an average-value converter can be used by selecting 'Average' in the 'Model detail level' menu of the graphical user-interface. The time step can then be increased up to the smallest control system sample time value. This can be done by typing 'Ts = 20e-6' in the workspace in the case of this example. See also dc5_example_simplified.mdl.

Kết quả (Việt) 2:

Circuit Mô tả mạch này sử dụng khối DC5 của SimPowerSystems ™. Nó mô hình một chopper một góc phần tư (buck của chuyển đổi) lái xe trong vòng 5 động cơ HP DC. 5 HP DC động cơ riêng biệt vui mừng với một 150 V DC nguồn điện áp không đổi trường. Các điện áp phần ứng được cung cấp bởi một bộ chuyển đổi IGBT buck của điều khiển bởi hai điều chỉnh PI. Việc chuyển đổi buck được nuôi bằng một nguồn điện áp 280 V DC. Các điều đầu tiên là bộ điều chỉnh tốc độ, tiếp theo là một điều hiện tại. Bộ điều chỉnh tốc độ đầu ra các tài liệu tham khảo hiện nay phần ứng (pu) được sử dụng bởi bộ điều khiển hiện tại để có được mômen điện cần thiết để đạt được tốc độ mong muốn. Tỷ lệ thay đổi tham chiếu tốc độ sau tăng tốc và giảm tốc độ dốc để tránh những thay đổi đột ngột tham khảo mà có thể gây ra phần ứng quá dòng và làm mất ổn định hệ thống. Các điều chỉnh hiện tại điều khiển dòng điện phần ứng bằng cách tính tỷ lệ nhiệm vụ thích hợp của các xung IGBT 5 kHz (Pulse Width Modulation). Điều này tạo ra điện áp phần ứng trung bình cần thiết để có được những phần ứng mong muốn hiện nay. Để hạn chế biên độ của dao động hiện tại, một cảm làm mịn được đặt trong series với các mạch phần ứng. Demonstration Bắt đầu mô phỏng. Bạn có thể quan sát điện áp động cơ phần ứng và hiện tại, các xung IGBT và tốc độ động cơ trên phạm vi. Các tài liệu tham khảo hiện tại và tốc độ cũng được hiển thị. Các tài liệu tham khảo tốc độ được đặt ở 500 rpm lúc t = 0 s. Mô-men xoắn tải ban đầu là 15 Nm Nhận thấy rằng tốc độ động cơ sau các tài liệu tham khảo đoạn đường nối chính xác (250 rpm / s) và đạt trạng thái ổn định xung quanh t = 2,5 s. Các dòng điện phần ứng theo tham chiếu hiện tại rất tốt, với thời gian đáp ứng nhanh chóng và những gợn sóng nhỏ. Chú ý rằng các tần số gợn hiện tại là 5 kHz. Tại t = 2.5 s, mô-men xoắn tải đi từ 15 Nm đến 20 Nm Các động cơ tốc độ phục hồi nhanh chóng và trở lại ở 500 rpm lúc t = 3 s. Các tham khảo cao hiện nay lên khoảng 16,7 A để tạo ra một mômen điện cao hơn để duy trì tham chiếu tốc độ. Theo quan sát trước đây, các dòng điện phần ứng sau tham chiếu của nó một cách hoàn hảo. Tại t = 3 s, tham chiếu tốc độ nhảy xuống 350 rpm. Các dòng điện phần ứng giảm để cho tốc độ giảm theo độ dốc tốc độ âm (-250 rpm / s) với sự giúp đỡ của mô-men xoắn tải. Tại t = 4 s, tốc độ ổn định xung quanh tham chiếu. Ghi chú 1) Hệ thống điện đã được rời rạc với một bước thời gian 1us. Tốc độ và bộ điều khiển hiện tại sử dụng một thời gian 100 chúng tôi và 20 chúng tôi lấy mẫu tương ứng để mô phỏng một thiết bị điều khiển vi điều khiển. 2) Để giảm số lượng các điểm lưu trữ trong bộ nhớ phạm vi, một yếu tố decimation 25 được sử dụng. Một số hiệu ứng chuyển tiếp có thể do đó không xuất hiện trên phạm vi. Để xem kết quả mô phỏng chi tiết, giảm các yếu tố decimation 1. 3) Một phiên bản đơn giản hóa của các mô hình sử dụng một bộ chuyển đổi trung bình có giá trị có thể được sử dụng bằng cách chọn 'trung bình' trong 'mức độ chi tiết Model' menu của giao diện người dùng đồ họa. Các bước thời gian sau đó có thể được tăng lên đến giá trị thời gian mẫu hệ thống điều khiển nhỏ nhất. Điều này có thể được thực hiện bằng cách gõ "Ts = 20e-6 'trong không gian làm việc trong trường hợp ví dụ này. Xem thêm dc5_example_simplified.mdl.