SRD-DASP – пакет для проектирования

Вентильно-Индукторного Привода

 

SRD-DASP - программный пакет, предназначенный для проектирования вентильно-индукторных электроприводов (ВИП) традиционных конфигураций (8/6, 6/4 и 12/8) малых и средних мощностей.

 

Среда разработки и использования пакета

 

Пакет разработан в среде MATLAB/SIMULINK и функционирует только в среде MATLAB R12. Это является, с одной стороны, недостатком пакета, поскольку SRD-DASP не работает без MATLAB, но, с другой стороны, делает пакет абсолютно открытым. SRD-DASP может быть модифицирован любым пользователем, при этом специальные знания в программировании не требуются. Кроме того, пакет использует многие специальные функции MATLAB и SIMULINK, которые очень удобны для моделирования и отображения его результатов.

 

Функциональные возможности пакета

 

·        Исследование процессов в ВИП

 

-         Расчет статических кривых намагничивания и статических кривых момента

-         Расчет мгновенных значений напряжения, тока, момента и радиальной силы в функции времени

-         Отображение рассчитанных величин в виде графиков

-         Сравнение рассчитанных характеристик и характеристик, полученных экспериментально (данная функция позволяет оценить адекватность модели)

-         Анализ тепловых процессов с помощью эквивалентной схемы замещения

-         Аналих виброакустических процессов

 

·        Анализ выбранной конструкции

 

-         Расчет рабочих характеристик ВИП: среднего значения момента, пульсаций момента, потерь в двигателе (включая потери в стали), потерь в конверторе,  КПД привода, превышения температуры в обмотке, акустического шума

-         Построение рабочих характеристик привода в диапазоне рабочих скоростей

-         Оптимизация параметров управления (углы коммутации и токоограничение) в функции задаваемых пользователем критериев оптимальности (КПД, превышения температуры в обмотке, акустического шума и др., а также их комбинаций)

 

·        Синтез оптимальной конструкции

 

-         Поиск оптимальной конструкции ВИП по генетическому алгоритму

-         Построение рабочих характеристик ВИП оптимальной конструкции в диапазоне рабочих скоростей

 

Допущения и ограничения

 

·        Анализируется только работа на постоянной скорости

·        Переходные процессы в конверторе не рассматриваются

·        Связь конвертора и питающей сети не моделируется

·        Топология инвертора не может варьироваться – принято, что инвертор построен по классической схеме ассиметричного полу-моста

·        Работа фаз считается абсолютно автономной (электрическая и магнитная связи считаются пренебрежимо малыми)

·        Модель тепловых процессов может работать только со стандартными корпусами для асинхронных двигателей типа IC411 из ряда (IEC) МЭК (габариты 63, 71, 80,  90S, 90L, 100, 112 и 132, рассчитанные на работу на синхронных скоростях 750, 1000, 1500, 3000 об/мин).

 

Структура пакета

 

Пакет имеет «оконную» структуру, при этом каждое окно предназначено для выполнения определенных функций. Окна не связаны между собой и передача данных между окнами происходит через файлы, сохраненные на диске. В частности, модель электромагнитных процессов, записанная на языке блок-диаграмм SIMULINK, представляет собой отдельный файл, хранящийся на диске и загружаемый в оперативную память по мере необходимости. Геометрические размеры и обмоточные данные двигателя хранятся в отдельном файле, загружаемом также по мере необходимости.

 

 

Окна и их функции

 

Окно STATIC CURVES («СТАТИЧЕСКИЕ КРИВЫЕ») предназначено для расчета статических кривых намагничивания и момента, а также для сравнения рассчитанных кривых с измеренными на испытательном стенде.

 

Исходными данными для расчета являются геометрические размеры сердечников двигателя, обмоточные данные, тип электротехнической стали и материал из которого сделана обмотка.

 

Функции окна STATIC CURVES:

 

·        Ввод исходных данных

·        Расчет статических кривых

·        Расчет активного сопротивления обмотки

·        Графическое отображение рассчитанных кривых (2D) PREVIEW GRAPH

·        Отображение рассчитанных кривых (3D)

·        Отображение кривых полученных путем экспериментов или рассчитанных с помощью специализированных пакетов (2D) COMPARISON GRAPH

·        Одновременное отображение рассчитанных кривых и кривых полученных путем экспериментов (2D) COMPARISON GRAPH

·        Прорисовка эскиза поперечного сечения двигателя

·        Копирование любого из графиков в файл (*.bmp, *.gif,…)

·        Сохранение электромагнитных параметров двигателя (статических кривых и активного сопротивления) в специальной блок-диаграмме SIMULINK, которая, в свою очередь хранится на диске в файле с определенным пользователем именем

·        Сохранение геометрических размеров и обмоточных данных в файле на диск

 

 

 

 

 

Окно CURRENT WAVES («ТОКОВЫЕ ВОЛНЫ») предназначено для сравнения токовых волн, рассчитанных с помощью загружаемой в оперативную память блок-диаграммы SIMULINK, и токовых волн, полученных посредством измерений (экспериментов). «Токовая волна» - последовательность мгновенных значений тока в функции времени. Цель сравнения – оценка адекватности математической модели процесса.

 

 

Функции окна CURRENT WAVES:

 

·        Выбор исследуемого двигателя (блок-диаграммы SIMULINK, ранее сохраненной на диске)

·        Выбор частоты вращения вала, напряжения в звене постоянного тока, алгоритма управления, параметров управления, углового интервала исследования

·        Расчет токовой волны на заданном интервале

·        Сравнение токовых волн

·        Копирование графиков в файл

 

 

 

 

 

Окно ANALYSIS («АНАЛИЗ») предназначено для расчета и отображания волн напряжения, тока и момента всех фаз двигателя, рассчитанных с помощью загружаемой в оперативную память блок-диаграммы SIMULINK, а также для расчета и отображения в виде текста рабочих характеристик ВИП: среднего значения момента, пульсаций момента, потерь в двигателе, потерь в конверторе,  КПД привода, превышения температуры в обмотке, акустического шума и др.

 

 

Исходные данные для процедуры анализа

 

·        Данные двигателя

 

-         Геометрические размеры и обмоточные данные

-         Стандартный корпус для асинхронных двигателей типа IC411 из ряда (IEC) МЭК

-         Тип стали и материал обмотки

 

·        Данные инвертора

 

-         Напряжение в звене постоянного тока

-         Тип ключей в инверторе (в базе ключей содержатся параметры нескольких десятков IGBT и MOSFET)

 

·        Режим работы

 

-         Частота вращения вала

 

·        Угловой интервал исследования и параметры управления

 

 

Функции окна ANALYSIS:

 

·        Ввод исходных данных

·        Расчет характеристик на заданном интервале

·        Копирование графиков в файл

·        Оптимизация параметров управления (углы коммутации и токоограничение) в функции задаваемых пользователем критериев качества (КПД, превышения температуры в обмотке, акустического шума и др., а также их комбинаций). Методы оптимизации – «Монте-Карло» и «Теория Планирования Эксперимента» по выбору пользователя.

 

 

 

Окно NOISE («ШУМ») предназначено для анализа процесса появления вибраций и акустического шума. Конечная цель расчета – определение Уровня Звуковой Мощности (дБА).

 

 

Функции окна NOISE:

 

·        Выбор исследуемого двигателя, частоты вращения вала, алгоритма управления и параметров управления и т.д. аналогично окну ANALYSIS

·        Рзложение кривой радиальной силы в ряд Фурье в функции частоты

·        Расчет собственных частот колебаний статора

·        Расчет компонент радиального отклонения статора

·        Расчет компонент звукового давления

·        Расчет Уровня Звуковой Мощности и Уровня Звукового Давления

·        Исследование влияния задержки отключения тока на акустический шум

·        Копирование графиков в файл

 

 

 

 

 

Окно THERMAL («ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ») предназначено для количественной оценки тепловых потоков в машине. Конечная цель расчета – определение превышения температуры в самой горячей точке обмотки статора.

 

 

Исходные данные для теплового расчета

 

·        Данные двигателя

 

-         Геометрические размеры и обмоточные данные

-         Стандартный корпус для асинхронных двигателей типа IC411 из ряда (IEC) МЭК

-         Тип стали и материал обмотки

-         Толщина изоляции в пазу

 

·        Режим работы

 

-         Частота вращения вала

 

·        Величины потерь в обмотке, в стали статора и в стали ротора

 

Функции окна THERMAL:

 

·        Выбор исходных данных

·        Расчет тепловых потоков с помощью специальной схемы замещения методом узловых потенциалов

·        Расчет превыщения температуры в самой горячей точке обмотки статора

 

 

Окно CUT-AND-TRY («ПЕРЕБОР ВАРИАНТОВ ВРУЧНУЮ») предназначено для перебора вариантов конструкции ВИП «вручную» с целью определения оптимального варианта. Для каждого варианта конструкции производится  оптимизация параметров управления.

 

 

Функции окна CUT-AND-TRY:

 

·        Выбор стандартного корпуса для асинхронных двигателей типа IC411 из ряда (IEC) МЭК

·        Выбор напряжения в звене постоянного тока, частоты вращения и типа ключей

·        Выбор геометрических размеров сердечников двигателя и обмоточных данных путем задания нормализованный коэффициентов

·        Оптимизация параметров управления

·        Построение поверхности отклика, соответствующей целевой функции

·        Расчет характеристик привода для оптимальных параметров управления

 

 

Окно TORQUE-SPEED («МОМЕНТ-СКОРОСТЬ») предназначено для расчета характеристик ВИП в рабочем диапазоне скоростей. Расчет производится для одной выбранной конструкции.  Расчет производится последовательно для каждой из выбранных скоростей, при этом по выбору пользователя на каждой из скоростей может производиться оптимизация параметров управления.

 

 

Функции окна TORQUE-SPEED:

 

·        Ввод требуемых рабочих характеристик (момент, КПД, шум и т.д.) в диапазоне скоростей

·        Выбор данных двигателя

·        Выбор данных инвертора

·        Задание целевой функции

·        Выбор параметров управления или выбор функции автоматической оптимизации параметров управления по заданной целевой функции

·        Графическое отображение заданных и рассчитанных характеристик в функции скорости

 

 

Окно SYNTHESIS («СИНТЕЗ») предназначено для синтеза оптимальной конструкции ВИП, исходя из заданных требуемых характеристик.

 

 

Функции окна SYNTHESIS:

 

·        Ввод требуемых рабочих характеристик (момент, КПД, шум и т.д.) в диапазоне скоростей

·        Задание целевой функции

·        Выбор варьируемых параметров (фиксация параметров, остающихся в процессе оптимизации на заданном уровне

·        Поиск оптимальной конструкции с помощью генетического алгоритма

·        Графическое отображение заданных характеристик и рассчитанных характеристик оптимальной конструкции в функции скорости

 

 

 

Распространение пакета

 

SRD-DASP не является коммерческим продуктом и распространяется бесплатно.