Терехов В.М., Осипов О.И. - Система управления электроприводов (1057409), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Физический смысл коэффициента Йм можно показать на примере механической характеристики АД при О', = (/и = сопя (см. 1у рис. 6,23). Здесь при изменении скорости па = а — а, имеет место У изменение момента пМ„м Мг — М,, и, следовательно, Лм = дМ/да = = ЛМ„,/да = (М> — М,)/(а, — а,) определяет жесткость О механической характеристики АД в области установившейся скорости.
При О < х < хн коэффициент (гм < О, т.е. обратная связь по скорости АД в данном диапазоне скольжений является отрицательной. При х, < х коэффициент /г„> О и режим работы АД становится неустойчивым. С уменьшением жесткости механической характеристики АД по мере снижения напряжения питания статора уменьшается и коэффициент /г,н При работе двигателя на устойчивом участке его естественной механической характеристики коэффициент км наибольший и определяется модулем жесткости этой характеристики; Зависимость коэффициента )гоот скорости АД ясна из его механических характеристик при различных напряжениях питания У„. и (/и (см.
рис. 6.23). Здесь при постоянстве скорости а„= сопя, да = О и изменении напряжения д(/, = (/,,— (/и имеет место изменение момента АМд —— ̄— М„и, следовательно, )г = дМ/д(/= = ЬМ„/ЬУ, = (̄— М,)/(Ц, — (/и). При синхронной скорости АД изменение напряжения на его статоре не приводит к изменению электромагнитного момента АД и при а„= а„коэффициент к = О. Максимальное значение Ло,„имеет место при номинальном напряжении на статоре Ц.„м и критическом скольжении двигателя х..
Поскольку электромагнитный момент АД пропорционален квадрату приложенного к статорной обмотке напряжения, то с учетом перегрузочной способности АД по моменту Лм = М„/Мн.„для его естественной механической характеристики критический момент двигателя может быть определен как М„= Л„((/,/Уа,„)'М„,м. Тогда для критического скольжения АД и при номинальном напряжении Ц = Ц„,„ Если воспользоваться основным уравнением движения электропривода М- М, = Иа/дг и подставить в него вместо М правую часть уравнения (6.36), а вместо М,— М, то при работе двигателя на устойчивом участке механической характеристики, т.е. при О < х < х„ Тогда передаточная функция АД между приращением скорости и управляющим воздействием при дМ, = О Ио(р) = оа/Ь(/, = )го/(Ур + Й ) = )г,/( Т„р о 1), где )г, — передаточный коэффициент АД, I; = lгд/к„; ҄— электромеханическая постоянная времени двигателя (Т = У/Й = //р). Передаточная функция АД между прирашением скорости и изменением статической нагрузки при гхоз = О Им(р) = Ка/ЬМо= 1/(зр+ /г„) = 1/Я (Тмр+ 1)).
Структурная схема электропривода с регулируемым напряжением на статоре АД (см. рис. 6.18), линеаризованная в пределах рабочего участка механической характеристики двигателя при токе статора меньшем 1.„, представлена на рис. 6.24. Здесь совместно с передаточными функциями ТПН и АД приведены передаточные функции П-регулятора тока И вт(Р) = -'~"вт/Апис = /сит. ПИ-регулятора скорости И'рс(р) = Лнрс/Лих = )срс ж 1/( Твср) и цепи обратной связи по скорости И'„(р) = Ли„/Лвз = /с„. Если принять за малую постоянную времени Т„постоянную Твх «Т„, то при настройке электропривода на технический оптимум постоянная интегрирования и передаточный коэффициент пропорциональной части регулятора РС определятся так: Тес = /св,/сит)с „)гхавТив; 1сгс = Т /Тес.
При желании свести к минимуму влияние электромагнитных постоянных времени цепей статора и ротора АД, не учтенных в определении Т„полезно принять а„= 3 ... 5. В соответствии со структурной схемой на рис. б.24 при ПИ- регуляторе скорости регулировочная характеристика системы ТПН вЂ” АД определится как го = и„/)с„, а механические характеристики электропривода для всего диапазона изменения сигнала управления скоростью при токе статора 1< 1.„должны иметь абсолютную жесткость.
Однако реально за счет ограничения выходного напряжения ТРН на уровне номинального значения напряжения АД, а также снижения коэффициента передачи А вплоть до нуля при малых нагрузках и коэффициента /с„в области нагрузок, близких критическому моменту АД, жесткость механических Рис. 6.24. Структурная схема асинхронного электропривода с регулиру- емым напрвжеш1ем на статоре 188 характеристик вблизи предельных характеристик будет заметно меньше.
Поскольку уменьшение скорости АД связано с уменьшением напряжения на обмотках его статора, а допустимый по условиям нагрева двигателя момент ЛХ„,„, при этом уменьшается в обратно пропорциональной зависимости от скольжения, то область применения замкнутых систем асинхронного электропривода с воздействием лишь на напряжение статора ограничена механизмами, у которых момент нагрузки при снижении скорости заметно уменьшается, например, механизмами с вентиляторной нагрузкой. 6.2.2. Системы скалярного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода Принцип скалярного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода базируется на изменении частоты и текущих значений модулей переменных АД (напряжений, магнитных потоков, потокосцеплений и токов цепей двигателя).
Управляемость АД при этом может обеспечиваться совместным регулированием либо частоты/; и напряжения Ц, либо частоты/; и тока 1, статорной обмотки. Первый способ управления принято трактовать как частотное управление, второй — как частотно- токовое управление 11, 13, 14]. Выбор способа и принципа управления определяется совокупностью статических, динамических и энергетических требований к асинхронному электроприводу. Скалярный принцип частотного управления является наиболее распространенным в асинхронном электроприводе. Ему свойственна техническая простота измерения и регулирования переменных АД, а также возможность построения разомкнутых систем управления скоростью.
Основной недостаток подобного принципа управления заключается в трудности реализации желаемых законов регулирования скорости и момента АД в динамических режимах. Связано это с весьма сложными электромагнитными процессами, протекающими в АД. Скалярное частотно-токовое управление АД характеризуется малым критическим скольжением и постоянством критического момента при постоянстве питающего АД тока и изменении его частоты 18).
Однако в разомкнутых системах подобное управление практически исключено, поскольку с увеличением нагрузки (скольжения) резко падает магнитный поток АД и для обеспечения желаемых перегрузочных способностей АД по моменту требуется заметное превышение номинальных значений напряжения питания и тока статора. 189 190 Рис. 6.25. Функциональная схема разомкнутой системы ПЧ вЂ” АД Разомкнутые системы управления. Прн невысокой точности н ограниченном диапазоне регулирования скорости АД наиболее целесообразным является его частотное управление в разомкнутой системе электропривода (рис. 6.25).
В подобных системах частота /; и напряжение питания Ц АД формируются пропорционально напряжению управления и„в преобразователе частоты (ПЧ) на базе автономного инвертора напряжения. Для компенсации падения напряжения во внутренних сопротивлениях ПЧ и возможных колебаний напряжения его питающей сети в преобразователях частоты как источниках напряжения принято использовать внутренние контуры стабилизации выходного напряжения.
Для сохранения постоянства перегрузочной способности АД по моменту в функциональном преобразователе (ФП) предусматривается такое соотношение между напряжениями задания частоты иу и напряжения и„на выходе ПЧ, при котором обеспечивается компенсация падения напряжения на активном сопротивлении обмоток статора. Теоретически это соотношение характеризуется нелинейной функцией, когда и„снижается в меньшей степени, чем и, Для большинства серийных преобразователей частоты эта функция линеаризуется путем выбора в статической характеристике ФП двух базовых координат — и„, при ил и и, при и,= 0 (см.
рис. 6.25). Первая координата определяет задание минимального значения частоты /, и соответствующего ему напряжения У, на выхоле ПЧ, при которых еще сохраняется равенство соотношений Ц//, = = 6 ...//ь... Для АД ~бщ~~~ ~~~~~~~~~~ при ~~~~~~~~~ регулирования скорости в разомкнутой системе частотного управления до (8 ... 10); 1 значение минимальной частоты практически выбирается в пределах (0,3 ...0,4) /ь„„. Вторая координата выбирается с учетом уменьшения теплоотвода заторможенного двигателя (в режиме динамического торможения) из следующих условий ограничения тока статора на уровне; (0,7...0,8) /,„., 191 Это соответствует установке выходного напряжения преобразователя частоты при и, = 0 на уровне У, п (0,7 ... 0,8) У,„.„Ло где )1,— активное сопротивление статорной обмотки АД. Реально наименьшее значение выходной частоты преобразователя и соответствующее ему значение ип полезно выбирать из условия /ц„;„ п цз,„.„рлх,/2к, при котором пусковой момент АД будет близок моменту сил сопротивления на валу двигателя.
Здесь х — скольжение АД при его статической нагрузке. При подобном с выборе зона нечувствительности по сигналу управления скоростью АД будет минимальной и движение электропривода начнется практически одновременно с началом увеличения сигнала управления. 2 При вентиляторной нагрузке на валу АД, для которой М, и ез, соотношение между и, и и„должно обеспечивать закон управления, близкий к постоянству К/Д ]14]. На рис. 6.25 это соотношение отражено в ФП штриховой линией. Начальные значения частоты и напряжения на выходе ПЧ, которые выбираются из тех же соображений, что и при М, = сова, будут при этом заметно меньше за счет меньших значений пусковых моментов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
