Терехов В.М., Осипов О.И. - Система управления электроприводов (1057409), страница 33
Текст из файла (страница 33)
точный коэффициент ПЧТ, /су = /з|//хи,у —— /„,„/и,у„,„. В соответствии с рис. 6.33 Му /сзч(/сФчс/эзиес + /ссу~и~/асв) (6.38) ГДЕ мЗЧ, /СФЧС, /ССУ, /С,, — ПЕРЕДатОЧНЫЕ КОЭффИЦИЕНтЫ УСтРОйСтВ ЗЧ, ФЧС, СУ и цепи обратной связи по скорости АД; /сзч = = Лй~//Ли ' ЙФчс = 2зйФчс/Ли; /ссу = /Уису//хи~ о, '/со = /си~ ~/Лсв. При питании АД от источника тока его передаточная функция относительно изменений электромагнитного момента и разности изменений заданной скорости идеального холостого хода и текущего значения скорости И „(Р) ЛМ/(сусвв /тсв) 1) /(Т„Р - 1).
Здесь 13, — жесткость механической характеристики, определяемая по формуле (), = 2М„,/(св,„,му,„), где М„, и з„— соответственно критический момент и критическое скольжение АД при питании его от источника тока; ҄— эквивалентная электромагнитная постоянная времени, определяемая по формуле Т„= 1/св„, м,мз„. Критическое скольжение АД при питании от источника тока з„= = /с,'/(хе„ч- х,'„), где х„„, х,'„и /1,' — соответственно индуктивное сопротивление цепи намагничивания, индуктивное и активное сопротивления обмотки ротора, приведенные к цепи статора АД т'Ри сваоозм Поскольку критическое скольжение АД при питании от источника тока заметно меньше, чем при питании от источника напряжения (ум» ум,), то, следовательно, 13 «13„Т, «Тэ м Физически это связано с заметным изменением магнитного потока АД 202 при изменении его нагрузки и, соответственно, большей инерционностью электромеханического преобразования энергии в АД при его питании от источника тока.
С учетом выражений (6.37), (6.38) можно записать (/тсво, — сзсв) = (2 /су/Ро)/сзч(/сФчссзиес + /ссу/с„/тсв) — сзсв = = (2Я/су/Р.)/сзч/сФчсдиес + (2Я/су/Рл)~су/с../Зсв — Лсв Тогда при выборе передаточных коэффициентов функциональных устройств электропривода из условия (2я/с,/Ро)/ссу/с., = 1 получим (СУСВВз — СУСВ) = КмСУИЕС где /с. = (2я/су/Р )/сзч/сФчс.
Отсюда передаточная функция АД между изменением электромагнитного момента АД и изменением сигнала на выходе РС И' (Р) = сУМ/пиес = /смрз/(Тэзр.~ 1) (6.39) Соответствующая выражению (6.39) структурная схема линеаризованной системы с частотно-токовым управлением представлена на рис. 6.34.
Здесь Тм, — электромеханическая постоянная времени АД при питании от источника тока (Т„, = 1/11,). Передаточная функция регулятора скорости И'ес(Р) = пиес/,ти„. Результирующая передаточная функция объекта регулирования, включающего ПЧТ и АД, Ио(Р) = Дсв/пиес = /смl!Рэ.зР + 1)7ммР1. Если отнести постоянную Т,„к малой некомпенсируемой постоянной времени, т.е. Т„= Т„, то при настройке электропривода на модульный оптимум передаточная функция РС И'ес(Р) = Т .,/(ам Тм/с„ /с ) = /сес. аз"'о Рис, 6.34. Структурная схема системы ПЧ вЂ” АД с частотно-токовым управлением 203 При подобной настройке с пропорциональным РС для приводов малой и средней мощности, а также в связи с тем, что электромеханическая постоянная времени АД при питании от источника тока заметно меньше, чем при питании от источника напряжения, значения (г,сполучаются небольшими.
В итоге результирующая жесткость механической характеристики привода в замкнутой системе невысока. Более высокая точность реализуется при настройке привода на симметричный оптимум с ПИ-регулятором скорости. При этом постоянная времени интегрирования и коэффициент передачи пропорциональной части регулятора РС определяются так; Тгс = 2о„Т„(1ггс' lсгс = Т„„((ааТ„1г„(г„). Механические характеристики электропривода по схеме, показанной на рис. 6.33, подобны характеристикам электропривода постоянного тока с двухконтурной системой подчиненного регулирования тока и скорости (см. рис. 5.20).
6.2.3. Системы векторного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода Понятия векторного управления [1, 8, 13). Векторное управление частотно-регулируемого асинхронного электропривода связано как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и со взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системе координат. За счет регулирования амплитудных значений переменных и углов между их векторами обеспечивается полное управление АД как в статике, так и в динамике, что дает заметное улучшение качества переходных процессов по сравнению со скалярным управлением.
Именно этот факт и является определяющим при выборе систем с векторным управлением. Информация о текущих значениях и пространственном положении векторов переменных АД может быть получена как прямым их измерением с помощью соответствующих датчиков, так и косвенно на основе математической модели АД.
Конфигурация и сложность такой модели определяются техническими требованиями к электроприводу. В общем случае подобные системы с косвенным регулированием координат электропривода из-за нестабильности параметров АД и сложной их взаимосвязи уступают по своим статическим и динамическим показателям системам с лрямым векторным управлением. При сложности вычислительных операций и алгоритмов управления электроприводом достоинство систем с косвенным регулированием заключается в простоте технических решений и, следовательно, в практичес ко й надежности. 204 При векторном управлении АД может питаться как от источника напряжения, так и от источника тока.
Вариант частотно- токового векторного управления является наиболее распространенным, поскольку при регулировании тока независимо от частоты питания АД обеспечивается регулирование и его момента. Это не только упрощает схему управления, но и одновременно ограничивает перегрев двигателя. При этом напряжения на обмотках статора АД устанавливаются автоматически в зависимости от его режима работы, К числу основных допущений при математическом описании электромагнитных процессов в АД принято относить: синусоидальность распределения намагничивающих сил обмоток двигателя вдоль окружности воздушного зазора; отсутствие потерь в стали статора и ротора; симметричность сдвига осей обмоток статора и ротора на 120'; отсутствие насыщения магнитной цепи двигателя.
Подобные допущения и переход от трехфазной модели двигателя к эквивалентной ей двухфазной, когда текущие переменные статора и ротора заменяются их проекциями на взаимно перпендикулярные оси координат х, у, вращающиеся с синхронной скоростью магнитного поля двигателя, существенно упрощают математическую модель двигателя и позволяют на ее основе создавать системы векторного управления с подчиненным регулированием координат аналогично электроприводам постоянного тока. В наиболее общем случае система векторного управления асинхронным электроприводом должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя.
Момент АД формируется за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцепления статора Ч'„основного потокосцепления Ч'„потокосцепления ротора Ч'„токов статора Т1 и ротора У,', а также фазовых сдвигов между ними. От того, какие векторы выбраны в качестве регулируемых, зависят принцип построения и техническая реализация систем управления электроприводом. Если при определении момента воспользоваться выражением Рв~чнхТ1~ (6.40) 205 то в качестве регулируемых будут выбраны векторы Ч'„и Тн Их векторные диаграммы при ориентации по вектору потокосцепления Ч'„оси х системы координат х, у, вращающейся с синхронной скоростью поля двигателя, представлены на рис.
6.35, а. Здесь же показаны векторы токов намагничивания 1,, ротора У,' и проекции векторов тока статора и ротора на оси х, у, а также на оси а, 13 неподвижной системы координат, связанной со статором АД. Анализ рис. 6.35, а позволяет интерпретировать АД как эквивалентную машину постоянного тока. Если ротор АД сопоставить яко- а а Рис. 6.35. Векторные диаграммы переменных АД при ориентации системы координат х, у по основному потокосцеплепию (а) и по потоко- сцеплению ротора (б) рю двигателя постоянного тока (ДПТ), а статорные обмотки— обмоткам возбуждения ДПТ, то составляющая тока статора 1., синфазная потокосцеплению Ч'„, может интерпретироваться как ток возбуждения ДПТ, составляющая 1,, — как ток его компенсационной обмотки, составляющая 1,', — как поперечная составляющая поля якоря ДПТ, составляющая 1~ — как размагничивающая продольная реакция якоря.
Из рис. 6.35 а видно, что потокосцепление Ч'„определяется током 1„= 1, + 1,'. Следовательно, в системе координат х, у, связанной с вектором потокосцепления ч~„, составляющие 1„и 1'„равны и имеют разные знаки, а встречно направленные составляющие 1,„и 1',„определяют модуль потокосцепления Ч'„~ = 1,2(1,„+ 12„), где 1и — взаимная индуктивность обмоток статора и ротора АД. В приведенной интерпретации отличительные особенности АД от ДПТ состоят в том, что на статоре АД нет отдельных обмоток, эквивалентных обмотке возбуждения и обмотке, компенсирующей поперечную реакцию якоря (указанные обмотки как бы совмещены в одной обмотке статора), а ось х, связанная с вектором потокосцепления Ч'„, вращается относительно статора со скоростью ав,„,„где а = 1;/)ы,„— относительная частота напряжения питания статора АД; со,„.„= 2я 1;„.„/р„— синхронная угловая скорость вращения магнитного поля при номинальной частоте напряжения питания 1ы.„и числе пар полюсов р„статора АД.
Особенности формирования момента в соответствии с выражением (6.40) определяют основные положения при технической реализации системы векторного управления АД. Так, вектор Ч'„ может быть определен по его проекциям Ч'„и Ч'„на оси а и 1) (см. 206 рис. 6.35, а); Ч'„= Ч'„, -~ Ч'„е. Каждая из составляющих может быть непосредственйо измерена с помощью датчиков Холла, установленных в воздушном зазоре между статором и ротором АД.
При ду ц * ,'Ч„~-,Я.+ Р'„, у пу осями а, 1) неподвижной системы координат и осями х, у системы координат, вращающейся со скоростью аез,„,„, р,„„= агссоз(Ч'„„/! Ч'„! ). Составляющие вектора 1, в системе координат а, В при условии инвариантности мощности АД в двухфазной и трехфазной системах координат могуг быть определены через токи фаз статора 1ьь 1пь 1 с: При том же условии составляющие вектора тока в системе координат х, у 1~ — — 1~„сов <ра „+ 1и гйп <рр (6.41) 1„=-1, айпи,„„-ь1, соз~р, Составляющие 1„и 1о не зависят от частоты питания АД и по своей форме являются постоянными.
С учетом этого система векторного управления может строиться аналогично системам управления двигателями постоянного тока, в которых составляющая 1„ тока статора определяет потокосцепление ы„АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая 1, является моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ). Таким образом, система векторного управления с опорным вектором потокосцепления Ч'„должна иметь два канала управления — модулем ч~„и угловой скоростью ротора АД. По аналогии с ДПТ канал управления скоростью должен содержать внутренний контур управления составляющей тока статора 1,„эквивалентной току якоря ДПТ, и внешний контур управления угловой скоростью ротора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
