Зюзев А.М., Нестеров К.Е., Мудров М.В. Уральский федеральный университет имени первого Президента РФ Б.Н.Ельцина Кафедра «Электропривод и автоматизация промышленных установок» Опыт разработки экспериментального комплекса для исследования систем электроприводов переменного тока

Анализ проблемы Проектирование и ввод в эксплуатацию электроприводов связаны с проведением испытаний и наладкой оборудования. Часто такие испытания требуют больших затрат или сложно реализуемы. Решением проблемы может стать использование программно-аппаратных симуляторов силовой части электропривода, работающих в реальном времени [1, 2, 3]. 1. Ahmadeev E., Beliaev D., Ilijin E., Weinger A. The Virtual Test Bench of Medium Voltage Controlled AC Drives. 15th, IASTED International Conference on Applied Simulation and Modelling. APPLIED SIMULATION AND MODELLING; Gregor, Raul, Valenzano, Guido, Rodriguez-Pineiro, Jose, Rodas, Jorge, FPGA-based real-time simulation of a Dual Three-Phase Induction Machine. Power Electronics and Applications (EPE'14-ECCE Europe), th European Conference on, DOI: /EPE OPAL-RT TECHNOLOGIES: 1

Постановка задачи Целью работы является отработка технологии создания на базе ПЛИС (FPGA) программно-аппаратных симуляторов силовой части электроприводов, сопрягаемых с аппаратной частью системы управления реального электропривода. Задачи работы: разработка структуры комплекса; адаптация моделей электроприводов к расчету на ПЛИС; тестирование и оценка быстродействия симулятора; экспериментальная проверка взаимодействия симулятора с реальной системой управления электроприводом. В докладе решение поставленных задач демонстрируется на примере системы ТПН-АД. 2

Структура симулятора 1. ПК со средой LabVIEW. 2. Плата NI SB-RIO 9632 c ПЛИС Xilinx Spartan Электропривод ТПН-АД. 3

Первый прототип комплекса 4

Реализация моделей преобразователя и двигателя на ПЛИС имеет ряд особенностей. Для обеспечения высокой скорости расчета необходимо создать код, оптимизированный для параллельного выполнения. Попытки использования последовательного алгоритма расчета, подобного графической структуре моделей в среде Simulink, приводят к неудовлетворительным по скорости расчета результатам. Оптимизированный для параллельного выполнения код может быть получен, если по уравнениям двигателя, записанным в нормальной форме Коши, создать код, рассчитывающий переменные на основе значений, взятых с предыдущего такта расчета. Разработка программной части 5

Уравнения модели АД Kovacs Pal. K. Transient phenomena in electrical machines. Akademiai Kiado, Budapest. Chapter 2 Induction motors, 1984, 391 p. Electromagnetic transients in asynchronous electric drive. Sokolov M.M., Petrov L.P., Massandilov L.B., Ladenzon V.A. M.: Energiya, – 200 p. 6

Фрагмент модели АД - Simulink-модель LabVIEW-модель - 7

Результаты экспериментов (1) Проверка симулятора показала, что расчёт процессов в представленной модели способен выполняться на шаге в 1 мкс. На рисунке показана диаграмма момента и скорости асинхронного двигателя при прямом пуске, полученная в среде LabVIEW на ПЛИС. Опыт показал, что точно такую же диаграмму получаем в среде MatLab/Simulink. 8

Результаты экспериментов (2) Иллюстрация работы симулятора системы ТПН-АД в сравнении с компьютерной моделью в виде осциллограмм фазного тока и напряжения для неподвижного двигателя при фиксированных значениях угла открытия вентилей преобразователя 9

Результаты экспериментов (3) Иллюстрация работы симулятора системы ТПН-АД в сравнении с компьютерной моделью в виде осциллограмм фазного тока и напряжения для неподвижного двигателя при фиксированных значениях угла открытия вентилей преобразователя 10

Результаты экспериментов (4) Иллюстрация работы симулятора системы ТПН-АД в сравнении с реальной системой ТПН-АД в виде осциллограмм фазного тока и напряжения для неподвижного двигателя при фиксированном значении угла открытия вентилей преобразователя 11

Примеры моделирующих комплексов 12

Заключение Результаты разработки и испытаний программно-аппаратных симуляторов силовой части электропривода, работающих в реальном времени, демонстрируют возможность выявления с их помощью реальных характеристик процессов при проведении пуско-наладочных работ систем управления электроприводов. 13

Спасибо за внимание! Зюзев Анатолий Михайлович, профессор, д.т.н., Нестеров Константин Евгеньевич, доцент, к.т.н., Мудров Михаил Валентинович, аспирант,