Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 19
Текст из файла (страница 19)
(5.7) В состав вентильного двигателя входят усилители мощности (см. рис. 5.5, а). Если считать, что они могут быть описаны апериодическими звеньями с постоянной времени Т„и коэффициентом усиления й„, то в неподвижной системе координат их математическое описание будет представлено выражениями: их = (хуид — и,~)(Ттр; их = (К„ив - иа)(Тгр.
(5.8) Аналогично выражению (5.6), записанному для тока статора, можно для преобразователя координат (ПК) (см. рис. 5.5, а) записать выражение, связывающее сигналы на его входе и выходе как (7„а —— Цд е'6 или в проекциях на оси неподвижной системы координат: и,„= имсозО, — и, апО„' иа — им ап О + иа сох О (5.9) Структурная схема вентильного двигателя на основе двухфазного ДБМ, построенная на основании выражений (5.5), (5.7) ... (5.9), представлена на рис. 5.б. Поскольку синхронный двигатель и усилитель мощности представлены в неподвижной системе координат, показанные на структурной схеме напряжения и1„, и,э, так же как токи фаз статора гы и гм, представляют собой синусоидальные величины, угловая частота которых связана со скоростью двигателя равенством юо,„— — р„а. В отличие от них сигналы на входе преобразователя координат и,', и и~, являются сигналами постоянного тока.
118 Рнс. 5.7. Пространственная векторная диаграмма вентнльного двигателя Поскольку в рассматриваемом случае двигатель управляется сигналами напряжения, следует определить, какими должны быть напряжения иы и им, чтобы выполнялось равенство (ы = О. Допустим сначала, что индуктивность фазной обмотки пренебрежимо мала, т.е. Т, = О. Тогда на основании формулы (5.2) выражения для напрялсений в проекциях переменных на оси вращающейся системы координат запишутся в виде: (5.10) им = Я~(ы, им = Е,(и+Е.
Это подтверждает то очевидное обстоятельство, что при Т, = 0 для получения экономичного режима достаточно в процессе управления вентильным двигателем поддерживать равным нулто напряжение по продольной оси иы = О. Однако в реальном вентильном двигателе Т, ~ 0 и вектор тока 1, отстает от вектора напряжения (1 на некоторый угол у, а ток по оси й не равен нулю (рис. 5.7). Для обеспечения равенства (ы — — 0 надо воздействовать на составляющие напряжения на статоре. Требуемый характер изменения им в процессе управления вентильным двигателем может быль определен на основании выражения (5.2). Запишем его в виде проекций векторов на оси вращающейся системы координат: им = 4(Ттр+1)(ы Ер„вТ ь,; иь = К~ р„ь Т~ (ы + Я~ (Т~ р+ 1) ц + Е.
иы(Тр+1)+ имр„ыТ~ — Е р„вТ, А,~(Тр+1) +(р„вТ) ) 120 Для определения зависимости тока по продольной оси от проекций пространственного вектора статорного напряжения и ЭДС вращения исключаем из этих формул ток статора по оси ц. После. этого выражение для составляющей тока статора по оси и' приобретет вид Рис. 5.8. Структура блока коррекции Приравняв нулю числитель, получим, что 1ы = О, если составляющая напряжения по этой оси будет меняться по закону им = (-им + Е), р„ыТ, Тр+1 (5.11) и, — Я,!,„им 1(,М ю= ОЭ= —, ° ~ 2 с„ с„' с,' Данные формулы совпадают с формулами для двигателя постоянного тока независимого возбуждения.
Прямолинейность характеристик нарушается, если условие равенства нулю составляющей тока по продольной оси не выполняется. Тормозные режимы вентильного двигателя также совпадают с соответствующими режимами машины постоянного тока, если усилители мощности обеспечивают возможность передачи мощности не только от питающей сети к двигателю, но и от двигателя в питающую сеть. Описанный способ коррекции не требует измерения токов, что может рассматриваться как его достоинство. 121 где Е = с'(о.
Таким образом, видно, что им зависит от скорости, т.е. для получения экономичного режима работы двигателя должна применяться специальная коррекция, построенная в соответствии с формулой (5.11). Структурная схема блока коррекции приведена на рис. 5.8. Положительный эффект дает и статическая коррекция, которая получается, если в формуле (5.11) принять р = О.
Структура блока коррекции усложняется, если нельзя пренебречь инерционностью. усилителя мощности. Этот вопрос подробно рассмотрен в работе (29). Формулы для электромеханической и механической характеристик вентильного двигателя при 1м = О получаются из второго равенства (5.10) и выражения для момента двигателя М, = с,'1„. Они имеют вид: 5.4. Математическое описание электропривода с вентильным двигателем на основе трехфаэной синхронной машины и,е, и,'с, частота которых определяется скоростью двигателя.
Задача получения эффективного управления, при котором ток статора по продольной оси равен нулю, актуальна и в этом случае. Рассмотрим структурную схему вентильного двигателя во вращающейся с синхронной скоростью системе координат г( — 9. Для этого обратимся к записанному во вращающейся системе координат выражению (5.2), представив векторы Ом, и 1ы. в виде проекций на оси д и д: лы — 4 Яр+1)~ьг ггзр озТАд~ и„= Я,(Тр+1)Чг+К|р„ыТЯ~+Е (5.12) Рис. 5.9. Структура трехфазного вентнльного двигателя 122 Принцип построения вентильного двигателя на основе двигателя ДБМ справедлив и при рассмотрении вентильного двигателя на основе трехфазной синхронной машины с постоянными магнитами и неявнополюсным ротором. Структура трехфазного вентильного двигателя показана на рис.
5.9. Отличие от структуры двухфазного двигателя (см. рис. 5.5) состоит в том, что обмотка статора двигателя питается от преобразователя частоты с трехфазным инвертором АИН, переключение ключей которого выполняется в зависимости от угла поворота ротора двигателя О,. В преобразователе координат (ПК) выполняется преобразование сигналов задания напряжения во вращающейся системе координат й~ и и~ в трехфазную систему синусоидальных задающих сигналов и1х, и определим из этих равенств проекции вектора тока статора: 1 («в Ьв = — — + РвО>~Аю Т1 р+1~ 4 (и„.
Е') 4д = ~ — '- Рв(ОТйв — — ). Т1р+1~ Я~ 4) (5.13) риы = (7с„йм — «м)~Т„; р"1в = (К «~в цв)'1Т„ Р«ю = (к «1« «ю)/Т Используя преобразование координат, аналогичное выполненному при выводе формулы (5.13), перейдем к описанию величин н неподвижной системе координат и — у: и,„=и,„; и, =(«в-Цс)~ Б; ;, =;,;;, =(.,",—;,)/Гз. Тогда математическое описание инвертора в форме пространственных векторов, врашаюшихся в неподвижной системе координат будет: Для перехода во врашаюшуюся систему координат в( — 9 нужно а соответствии с формулой (1.17) произвести замену (7,„„= = 0м едя„(7,"„, = Ц~ век~, а также учесть, что РО, = ЙО,/ог = що = р„щ.
После этого векторное описание нивертора вместе с преоб- 123 При постоянном потокосцеилении Ч'г ток статора по поперечной оси однозначно определяет электромагнитный момент двигателя в соответствии с выражением (5.3). Инерционность инвертора с ШИМ может быть охарактеризована чистим запаздыванием на величину периода широтно-импульсной модуляции Тщим. Упростим задачу его описания, рассматривая инвертор АИ (см. Рис. 5.9) как линейный усилитель мошности с коэффициентом усиления ~„и постоянной времени Т„= Тщим, т.е.
представляя его математическое описание в виде: разователем координат во вращающейся системе координат будет иметь вид: иы = (/с„и;~ + Р„аТ„~,)((Т„Р+1); лм = (~нийд Рвы~или Я~ир+ 1) ° (5.14) иы = 4(ы — Р.оЕ~(ь,; ~1 д = Ым + РФ~ь ~гм+ Е. (5.15) 124 Структурная схема вентильного двигателя, включающая в себя синхронный двигатель и инвертор, управляемый в функции угла поворота ротора, построенная на основе выражений (5.3), (5.13) и (5.14) с учетом уравнения механики в = (М, — М)/(ХР), представлена на рис. 5.
10. Путь решения задачи эффективного использования вентиль- ного двигателя, отличный от рассмотренного в подразд. 5.3, состоит в применении преобразователя частоты с автономным инвертором, управляемым током, в качестве источника питания двигателя. В отличие от рис. 4.11, здесь показан вариант исполнения регуляторов тока во вращающейся системе координат. На входах регуляторов тока по осям л и д, имеющих одинаковые передаточные функции И',(Р), сигналы задания 1~ и ь", сравниваются с сигналами обратных связей по токам !и и 1„, представляющими собой сигналы постоянного тока. Выходные сигналы регуляторов и,~ и и,, действуют на входах инвертора.
В структурной схеме показаны перекрестные связи по проекциям вектора тока (ы и („с передаточными функциями Р,ь Т, (в математическом описании двигателя) и по проекциям вектора напряжения им и и„с передаточными функциями Р„вТ„(в математическом описании инвертора). Эти связи отражают физически существующие взаимосвязи каналов управления и представляют собой возмущения, действующие на токовые контуры. Если быстродействие токовых контуров достаточно высоко, что обычно достигается в инверторах с ШИМ, то влияние этих возмущений минимизируется и взаимное влияние контуров тока по осям ц' и д будет практически отсутствовать.
Тогда для обеспечения режима, при котором составляющая тока по оси о равна нулю, нужно сделать равным нулю сигнал задания тока ~ ~ по этой оси. Сигнал задания тока по поперечной оси ьд будет при этом сигналом задания момента двигателя. На рис. 5.11 приведены пространственные векторные диаграммы вентильного двигателя, построенные на основании равенств (5.12) в установившимся режиме, когда р = с1/сМ = О. С учетом выражения для постоянной времени статорной обмотки Т, = Х.~/Яь откуда Я, Т, = Еь эти равенства записываются в виде: и с Ф 1Ы Й Я с М с,!! !! йф О Ф о, ~Ц с !.~ ю~ аИд о а ! ~а д ~ с М о с 1 Ю а3 о .'С Я с ~д .а о Е !!! СО И х с !! 2 с, а б Р«г»г гГ лггы Р«ег«Гы Рис.
5.11. Векторные диаграммы вентильного двигателя: а — при й»= О; б — при гм < О При 1ьг = О они приобретают вид: им = Я ьк — р«го1„ь',; им — — 41М + Е. Этим выражениям соответствует векторная диаграмма, приведенная на рис. 5.11, а, где вектор ЭДС Е опережает вектор потокосцепления ротора Ч'г„направленньгй по оси г1, на 90'. Вектор тока статора, совпадающий с проекцией тока по оси а, направлен по вектору ЭДС и отстает от вектора напряжения на угол у, значение которого зависит от значения тока статора, т.е. от момента нагрузки.
В вентильном двигателе на основе синхронной машины с постоянными магнитами на роторе непосредственное регулирование потока ротора невозможно. Вместе с тем необходимость «ослабления потока» может возникнуть на высоких скоростях, когда ЭДС Е = с,' = р„'Ргго близка к максимально возможному значению напряжения на статоре, которое ограничено значением номинального напряжения инвертора (преобразователя частоты), и запас по напряжению мал. Это может привести к тому, по напряжение ограничится, следствием чего явятся ограничение динамического тока и момента в переходных процессах и, как следствие, ограничение ускорения в динамических режимах и ухудшение качества реакции привода на изменение нагрузки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
