DC5 - 1 象限チョッパー 5 HP DC ドライブ

この例では、速度制御時の DC5 1 象限チョッパー DC ドライブを示します。

C.Semaille, Louis-A. Dessaint (Ecole de technologie superieure, Montreal)

説明

この回路では Specialized Power Systems の DC5 ブロックを使用します。これは、5 HP DC モーターの 1 象限チョッパー (降圧コンバーター) ドライブをモデル化したものです。

5 HP DC モーターは、一定の 150 V DC 界磁電圧源で個別に励起されます。電機子電圧は 2 つの PI 制御器で制御される IGBT 降圧コンバーターにより供給されます。降圧コンバーターには 280 V DC 電圧源により電力が供給されます。

最初の制御器は速度調整器で、その次は電流制御器です。速度調整器は、目的の速度に達するのに必要な電磁トルクを取得するために、電流コントローラーで使用する電機子電流指令値を出力します (p.u. 単位)。速度指令の変化率は、急激な指令値の変化により電機子過電流が発生してシステムが不安定にならないように、加速および減速ランプに従います。電流制御器は、IGBT 5 kHz パルスの適正なデューティ比を計算して電機子電流を制御します (パルス幅変調)。これにより、目的の電機子電流を得るために必要な平均電機子電圧が生成されます。電流の振動の振幅を抑えるため、平滑化インダクタンスが電機子回路と直列に接続されます。

シミュレーション

シミュレーションを開始します。モーター電機子の電圧と電流、IGBT パルスおよびモーター回転数をスコープで観察できます。電流および速度の指令値も表示されます。

速度指令は t = 0 秒で 500 rpm に設定されています。負荷トルクの初期条件は 15 N.m です。

モーター回転数は指令値ランプ (+250 rpm/s) に正確に追従し、およそ t = 2.5 秒で定常状態に達します。電機子電流は電流指令値によく従い、応答時間は短くリップルも小さくなっています。電流のリップル周波数は 5 kHz です。

t = 2.5 秒で、負荷トルクが 15 N.m から 20 N.m に変化します。モーター回転数は急速に回復し、t = 3 秒で 500 rpm に戻ります。指令電流は約 16.7 A に上がり、速度指令を維持するためのより高い電磁トルクを生み出します。前述のとおり、電機子電流は指令値に完全に従います。

t = 3 秒で、回転数の指令値は 350 rpm に急下降します。電機子電流は低下し、負荷トルクの効果により、回転数は負の速度勾配 (-250 rpm/s) に従って減少します。

t = 4 秒で、回転数は指令値の周辺で安定します。

メモ:

1) 電力システムは 1 us のタイムステップで離散化されています。マイクロコントローラーの制御デバイスのシミュレーションを実行するために、速度コントローラーと電流コントローラーはそれぞれ 100 us および 20 us のサンプリング時間を使用しています。

2) スコープメモリに格納される点数を減らすため、間引き係数に 25 を使用します。このため、一部の遷移がスコープに表示されない場合があります。詳細なシミュレーション結果を表示するには、間引き係数を 1 に減らします。

3) 平均値コンバーターを使用した簡略版のモデルは、グラフィカルユーザーインターフェイスの [Model detail level] メニューで [平均値] を選択すると使用できます。この場合、タイムステップは制御システムのサンプル時間の最小値まで増加させることができます。これを実行するには、この例の場合であれば、ワークスペースで「Ts = 20e-6」と入力します。dc5_example_simplified モデルも参照してください。