plik


ÿþTemat wiczenia:  Jednofazowy prostowniki filtr aktywny Prowadzcy: dr in|. Adam Penczek I PRZEBIEG ZAJ I.1 Jednofazowy prostownik-filtr aktywny  wstp teoretyczny i badania symulacyjne. I.1.1 Wprowadzenie teoretyczne Omówienie problematyki jako[ci energii elektrycznej oraz metod jej poprawy I.1.2 Demonstracja dziaBania ukBadu rzeczywistego Opis stanowiska laboratoryjnego Rejestracja przebiegów za pomoc oscyloskopu I.1.3 Opis modelu symulacyjnego 1 fazowego prostownika-filtru aktywnego z bipolarn modulacj napicia (PFA) wykonanego w Matlab Simulink (do dyspozycji studentów bazowy projekt), I.1.4 Badania symulacyjne dla ró|nych warunków pracy. MateriaBy dodatkowe: Pliki zródBowe MATLAB SIMULINK z modelem 1-fazowego PFA, Penczek A. "Jednofazowy filtr aktywny ze stabilizacj napicia wyprostowanego oraz staB czstotliwo[ci przeBczeD". MateriaBy konferencji  II Ogólnopolskie Warsztaty Doktoranckie WydziaB Elektryczny Politechniki Zlskiej w Gliwicach, PTETiS OddziaB w Gliwicach. Istebna 22-25 X 2000. Archiwum Konferencji PTETiS Vol. 9/2000 str. 81-88. 2 I.2 Jednofazowy prostownik-filtr aktywny  realizacja praktyczna I.2.1 Omówienie i demonstracja podzespoBów, z których zbudowane jest stanowisko laboratoryjne: a) cz[ silnoprdowa - ukBad mocy, - aparatura stykowo zaBczajca, - ukBad pomiaru sygnaBów prdowych i napiciowych b) cz[ niskonapiciowa - ukBady dopasowujce sygnaBy sterujce do poziomu sterowania tranzystorów IGBT, - moduBy izolacji optycznej, - ukBad kontroli napicia wyprostowanego, - ukBad bezoscylacyjnego zaBczenia urzdzenia, - sterownik mikroprocesorowy z procesorem DSP i ukBadem CPLD PW RESET BLOKADY UkBad UkBad Kontroli Kontroli PP GIZ ZaBczenia Napicia RM82/12 T.BLOK ST1 I WyBczenia StaBego V (UKZW) (UKNS) Rd Lf UZ(+) A B WS Rr B1 ST1 9m 16 F H Cf OBCI{ENIE ST2 DC LEM 3 LEM 4 N 1,2mF T SIS SIF A BLO PRZEKSZTAATNIK K NAPICIA ST1 LEM 1 LEM 2 SUS SUC OBCI{ENIE AC Generator Impulsów ZaBczajcych ZASILACZ (GIZ) STER. GIZ UkBad Optoizolacji ST2 F (230V) Wej[cia i Wyj[cia Cyfrowe ST2 ST1 Sterownik DSP PZ PP PPDLH ST1 ST2 Wszystkie GIZ'y zasilane sa z przetwornicy (i UKNS) natomiast reszta ze sterownikiem z zasilacza +/-15V N KONFIGURACJA STYKOW I.2.2 Omówienie problematyki zwizaniem ze stosowaniem ukBadów mikroprocesorowych do sterowania urzdzeD energoelektronicznych. 3 A/C I.2.3 Demonstracja pracy urzdzenia. Demonstracja przebiegów oscyloskopowych prdu przed i po kompensacji za pomoc jednofazowego filtru aktywnego dla obci|enia nieliniowego (mostek diodowy) is iobc iF Ls PFA L=2mH us~ Rys. 2 Konfiguracja ukBadu pomiarowego: Pomiar jako[ci energii elektrycznej za pomoc miernika harmonicznych Praca prostownika diodowego - pomiar jako[ci energii elektrycznej dla przebiegów prdu przed i po kompensacji za pomoc filtru aktywnego; (wydruki przebiegów oscyloskopowych, zanotowanie wyników pomiaru jako[ci energii elektrycznej) THD THD Zawarto[ harmonicznych prdu PF DPF Us Is 3 5 7 11 13 Przed kompensacj Po kompensacji MateriaBy dodatkowe: - Dokumentacja do stanowiska dydaktycznego, - Przebiegi oscyloskopowe uzyskane w trakcie cz[ci demonstracyjnej - Penczek A., Dbowski L., Mondzik A. "Sterowanie strukturami energoelektronicznych filtrów aktywnych z wykorzystaniem elastycznego sytemu z procesorem DSP i zBo|onym reprogramowalnym ukBadem logicznym FPGA" MateriaBy konferencyjne - V Konferencja Naukowa  Sterowanie w Energoelektronice i Napdzie Elektrycznym (SENE'2001) Pol. Aódzka Aódz-Arturówek 14-16 listopad 2001 4 R=115 C=3,5mF II MATERIAAY POMOCNICZE DO ZAJ  Jednofazowy FA z bipolarn modulacj napicia wyj[ciowego  teoria Obci|enia id AC ic T1 T3 D3 D1 iL idDC is iF kuud(t) ud Obc. SUC Ls L ud DC SUS C us(t) SIS SIS T2 D2 T4 D4 kiis(t) kuus(t) kiiF(t ) X2 - (kuU(0))2 G Regulator Ki X2 histerezowy + + G i(t) + iPref(t) G G Ku x XT + - G H kiis(t KS ) STEROWNIK FDP Rys 3 Schemat blokowy prostownika-filtru aktywnego z bipolarn modulacj napicia  wersja podstawowa Na rys. 3 przedstawiono schemat blokowy podstawowej wersji prostownika-filtru aktywnego pracujcego z bipolarn modulacj napicia z konwencjonalnym, histerezowym regulatorem prdu. W przypadku filtru aktywnego pracujcego w zamknitym ukBadzie regulacji sygnaBem zadajcym dla przeksztaBtnika jest skBadowa czynna prdu zródBa. Oznacza to, |e ukBad kontrolujcy prac filtru powinien tak sterowa Bcznikami aby sumaryczny prd zródBa wymuszony przez obci|enie nieliniowe oraz filtr byB sinusoidalny i w fazie z napiciem zasilajcym. Poni|ej, w oparciu o [1] przedstawiono skrócone wyprowadzenie zale|no[ci pozwalajcych na formalizacj matematyczn metodyki sterowania jednofazowym prostownikiem-filtrem aktywnym. 5 Obwód silnoprdowy przedstawiony na rys.1 opisuje ukBadu równaD (II.1) gdzie jako zmienne stanu przyjto prd zródBa  is oraz napicia na kondensatorze - ud , przy czym dla modulacji bipolarnej zgodnie z =+/-1 (+1 gdy zaBczona para T3-T2; -1 gdy T1-T4) dis us ud diL (II.1) dt L dt dud (iL is ) idDC dt C ZakBadajc, |e zadawana warto[ napicia wyprostowanego wynosi U0 , bBd regulacji napicia mo|na przedstawi jako: eu ud U0 (II.2) Zgodnie z przyjtym na pocztku zaBo|eniem, |e sygnaB prdu wzorcowego (iPref) dla przeksztaBtnika jest sinusoidalny i wspóBfazowy z napiciem zasilajcym, mo|na go zapisa w postaci : iPref G us gdzie G  konduktancja zastpcza obci|eD (II.3) Std otrzymuje si zale|no[ na przebieg sygnaBu bBdu prdu : ei is iPr ef (II.4) Zgodnie z [1], powierzchnia przeBczeD dokonywanych przez regulator histerezowy realizujcy sterowanie [lizgowe przedstawianym ukBadem jest okre[lona nastpujco : Kiei Kueu 0 (II.5) gdzie: Ki, Ku  wspóBczynniki wagi bBdu realizacji zadawanego w ukBadzie regulacji prdu zródBa (ei) i napicia wyprostowanego (eu) Z zale|no[ci II.5 wynika, |e przy zaBo|eniu, i| =0 jeden z bBdów jest liniowo zale|ny od drugiego. Oznacza to, |e w opisywanym ukBadzie drugiego rzdu do sterowania [lizgowego mo|n wykorzysta tylko jedn niezale|n zmienn stanu a z zerowania jej bBdu uczyni funkcj celu sterowania. W zwizku z powy|szym, w celu realizacji funkcji celu (prd zródBa powinien by sinusoidalny i wspóBfazowy z napiciem co oznacza eliminacj skBadowej nieaktywnej) musi by speBniony warunek: 6 ei is Gus (II.6) SygnaBy odpowiadajcy rzeczywistej warto[ci prdu i napicia zródBa s pomiarowo dostpne. Do realizacji (II.6) konieczne jest wic wyznaczenie konduktacji zastpczej obci|eD znajdujcych si w ukBadzie. Ze wzgldu na losowy charakter zmian konduktancji zastpczej w kolejnych okresach przebiegu napicia, zaBo|ono |e prd wzorcowy dla prostownika-filtru aktywnego realizowany w n-tym okresie (iPref(n)) bdzie wyliczany w oparciu o staB warto[ konduktancji zastpczej wynikajc z u[rednionej warto[ci mocy czynnej obci|eD w poprzednim (n-1) okresie. iPr ef (n) G(n 1) us (II.7) T 1 (usiLs udiLs )dt T P 0 G (II.8) 2 2 U U s s Warto[ konduktancji zastpczej obci|eD w n-tym okresie przebiegu napicia obliczono korzystajc równania bilansu energii na koDcu okresu [1]. CaBkowita energia dostarczana przez ukBad do obci|enia w okresie (n) wynosi: W(n) Ws(n) WC(n) WL(n) (II.9) gdzie : Ws(n) UsISp(n 1)T - energia dostarczona ze zródBa w okresie (n) (II.10) ISp(n-1) - skuteczna warto[ prdu czynnego zródBa okre[lona po okresie (n-1) i realizowana w (n) okresie. C 2 2 WC( n) (Ud (n 1) Ud ( n) ) -zmiana energii kondensatora (II.11) 2 L 2 2 WL( n) (IF ( n 1) IF ( n) ) -zmiana energii pola magnetycznego dBawika (II.12) 2 iF(n-1), iF(n) - chwilowe wart. prdu wej[ciowego na pocztku okresów (n-1) i (n) Zmiana ilo[ci energii dostarczonej do obci|enia w okresie (n) w stosunku do energii dostarczonej w (n-1) okresie wynosi: C L 2 2 2 2 W TUs (ISp(n) ISp(n 1) ) (Ud (n 1) Ud (n) ) (iF (n 1) iF (n) ) (II.13) 2 2 Po dokonaniu kolejnych iteracji, dla iF(0)=0, Ip(n-1)=0, Ud(0)=U0 otrzymano: C L 2 2 2 W TUsISp(n) (U0 Ud (n) ) iF (n) (II.14) 2 2 7 Po przeksztaBceniu wzoru (II.14) otrzymuje si zale|no[ okre[lajc warto[ skuteczn skBadowej aktywnej prdu obci|enia: fs C L 2 2 2 ISp(n) [ (Ud (0) Ud (n) ) iF (n) ] (II.15) Us 2 2 gdzie: Ip(n) -skuteczna warto[ skBadowej czynnej prdu zródBa w n-tym okresie Ud(0) - pocztkowa warto[ napicia wyprostowanego (zadawania w ukBadzie regulacji napicia DC) Ud(n) - warto[ napicia wyprostowanego na koDcu n-tego okresu fs ,Us - czstotliwo[ (fs=1/T ) oraz warto[ skuteczna napicia zródBa iF(n)  warto[ prd dBawika na koDcu n-tego okresu Z (II.15) wynika, |e istnieje jednoznaczny zwizek pomidzy, mierzonymi na koDcu okresu, napiciem wyj[ciowym prostownika filtru aktywnego i prdem dBawika a warto[ci skuteczn skBadowej czynnej prdu zródBa w n-tym okresie przebiegu napicia zasilania. Korzystajc z tej zale|no[ci skonstruowano sterownik przedstawiony na rys. 1, w którym na bazie informacji o warto[ciach uchybu napicia wyprostowanego oraz prdu filtru mierzonych i zapamitywanych w ekstrapolatorze (EXT) na koDcu ka|dego okresu przebiegu napicia sieci, zostaje wypracowany sygnaB proporcjonalny do konduktancji zastpczej G wszystkich odbiorników zasilanych ze zródBa (ip=Gus). Po wymno|eniu, okresowo staBej warto[ci G przez sygnaB proporcjonalny do napicia sieci uzyskuje si referencyjny przebieg prdu, od którego w nastpnej kolejno[ci odejmuje si sygnaB proporcjonalny przebiegu prdu zródBa. Otrzymana w ten sposób ró|nica: i(t) iPref (t) is (t) (II.16) jest za pomoc regulatora histerezowego tBumaczona na odpowiednie sekwencje przeBczeD elementów póBprzewodnikowych. Po uwzgldnieniu wspóBczynników torów pomiarowych, na podstawie zale|no[ci II.15 i II.16 otrzymano funkcj celu ukBadu sterowania przedstawionego na rys. 1 : 2 2 2 2 2 [(Ud (0) Ud (n) )kud Ku iF (n)k Ki ]kusus kiis ki I (II.17) i gdzie : ki - wspóBczynnik wzmocnienia separatora prdu SI kus, kud - wspóBczynniki wzmocnienia separatorów napiciowych SUS i SUC Ku, Ki - wspóBczynniki wzmocnienia ukBadu regulacji. Przyjmujc bBd [ledzenia prdu I bliski zera, z zale|no[ci (II.17) otrzymuje si : 2 kud Ku 2 2 2 is (Uo Ud (n) ) iF (n)ki Ki kusus (II.18) ki 8 Aby warunek ten byB speBniony, wspóBczynniki przy mierzonych wielko[ciach w zale|no[ciach (II.18) i (II.15) powinny by jednakowe : 2 kud Ku fs C Cfski kusus Ku 2 2 (II.19a) ki 2Us 2Us kud kus fs L fs L Ki 2 (II.19b) ki Kikusus 2Us 2Us kuski Tak dobrane warto[ci wzmocnieD gwarantuj otrzymanie wyniku odpowiadajcego rzeczywistej warto[ci obci|enia w poprzednim (n-tym) okresie. Dla parametrów modelu prostownika filtru aktywnego przyjtych na pocztku rozdziaBu (ki=0,4, kud=0,015, kus0,025) wspóBczynniki te wynosz odpowiednio : 3 1,2 10 50 0,4 3 Ku 40,32 10 2 2302 0,0152 0,0252 50 0.009 6 Ki 425,33 10 2 2302 0,025 0,4 Literatura : [1] S.Piróg  Energoelektronika  Negatywne oddziaBywanie..... str.367 9 III BADANIA SYMULACYJNE  MODEL W MATLAB SIMULINK Rys 4 Schemat modelu prostownika- filtru aktywnego- MATLAB SIMULINK PODSTAWOWE PARAMETRY UKAADU: %%Parametry systemu Lf=9e-3; % indukcyjnos dBawika invertera R_Lf=100e-3; %rezystancja dBawika invertera Deadtime=1e-6; %czas martwy dla tranzystorów invertera Udc_dbridge=240; Rload=115; % rezystor obci|enia nieliniowego %Udc_dbridge=210; %Rload=27.5; % rezystor obci|enia nieliniowego %% UkBad sterowania Udc_ref=650; %napicie Udc zadawane w ukBadzie regulacji ki=0.4; % wzmocnienie toru pomiaru prdu kus=0.025; % wzmocnienie toru pomiaru napicia sieci kudc=0.015; %wzmocnieine toru pomiaru napicia wyprostowanego H=2*ki; % strefa nieczuBo[ci regulatora histerezowego 10 IV WYTYCZNE DO SPRAWOZDANIA W sprawozdaniu powinny by przedstawione nastpujce zagadnienia: 1 Opis teoretyczny: - Filtracja aktywna : pojcia podstawowe, definicja prdu biernego wg. S.Fryzego. - Zasada dziaBania jednofazowego filtru aktywnego - opis 2 Badania symulacyjne a) Przeprowadzi badania symulacyjne z obci|eniem nieliniowym w postaci mostka diodowego (parametry jak na rysunku 2) dla 2 warto[ci rezystora w obci|eniu po stronie DC: R=115 i R=27,5. Wydrukowa przebiegi prd sieci, filtru, obci|enia; napicie kondensatora Dokona analizy przebiegu prdu sieci po kompensacji i prdu obci|enia nieliniowego: - warto[ skuteczna, - analiza FFT pod ktem zawarto[ci harmonicznych niskich rzdów (do 20), - obliczy wspóBczynniki PF i DPF b) Budowa modelu PFA z unipolarn modulacj napicia Na bazie modelu z modulacj bipolarn zbudowa model z modulacj unipolarn (w modulacji unipolarnej tranzystory T3 i T4 przetBaczane s z czstotliwo[ci sieciow àð sygnaB z komparatora znaku, T1 i T2 odpowiadaj za ksztaBtowanie przebiegu prdu àð sygnaB z ukBadu regulacji) Wykona wszystkie analizy jak dla modelu z modulacj bipolarn (pkt. a)) Dokona porównania obydwóch rozwizaD pod ktem: przebiegu napicia wyj[ciowego falownika, skuteczno[ci filtracji, 11 3. Analiza danych pomiarowych uzyskanych za pomoc rejestracji oscyloskopowej a) Zamie[ci zarejestrowane przebiegi w sprawozdaniu b) Wykorzystujc oprogramowanie Matlab Simulink, dokona obróbki przebiegów zarejestrowanych za pomoc oscyloskopu (dane w postaci plików z rozszerzeniem csv trzeba zaimportowa do przestzreni roboczej MATLABA) - wydrukowa z pomoc funkcji plot przebiegi prdu i napicia PrzykBadowy rysunek z przebiegami uzyskanymi za pomoc oscyloskopu: - przeprowadzi w Matlabie analiz FFT przebiegu napicia i prdu pod ktem zawarto[ci harmonicznych niskich rzdów (do 15) - przeprowadzi w Matlabie analiz FFT przebiegu prdu sieci pod ktem zawarto[ci skBadowych wysokich czstotliwo[ci (do 15kHz) c) Porówna wyniki praktyczne i symulacyjne (dla modelu z modulacj unipolarn) Na jednym rysunku zamie[ci przebiegi uzyskane z symulacji i rzeczywiste 4. Podsumowanie i wnioski. 12

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Instrukcja do cwiczenia 4 Pomiary oscyloskopowe
Instrukcja do ćw 20 Regulacja dwupołożeniowa temperatury – symulacja komputerowa
Instrukcja do programu WSPR
Instrukcja do ćw 17 Podnośnik pakietów
Chromatografia kolumnowa Instrukcja do cwiczenia
Instrukcja do ćw 03 Prasa pneumatyczna
Instrukcja do panelu Mio S505
Instrukcja do NFS MW BE
Pomiary wielkości elektrycznych Instrukcja do ćw 02 Pomiar prądu
Instrukcja do ćwiczenia nr 3
Instrukcje do ćwiczeń 2013
sieci instrukcja do dhcp
Instrukcja do ćwiczenia nr 2
Instrukcja do radia?basse
instrukcja do star 0 zestaw automatyki
Instrukcja do Telewizora Philips
instrukcja do ankiety uczen
Instrukcja do MHDD

więcej podobnych podstron