Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В приводах постоянного тока с двигателями независимого возбуждения 12) и в приводах переменного тока с асинхронными двигателями при векторном управлении (см. подразд, 7.4) находят применение системы двухзонного регулирования скорости. Режим двухзонного регулирования может быть реализован и в приводе с вентильным двигателем. При этом, если двигатель выполнен на основе машины с неявнополюсным ротором, в диапазоне от нуля до номинальной скорости поддерживается равенство нулю составляющей тока статора по оси ~(и одновременно изменяются частота и напряжение преобразователя частоты, а в верхней части диапазона„когда напряжение достигло номинального значения и дальнейшее его увеличение недопустимо„увеличивается только частота, а ток по оси д равным нулю не поддерживается.
Для пояснения обратимся к выражению (5.2) для пространственного вектора напряжения во вращающейся системе координат, приняв в нем р = 0 и имея в виду, что 1,~ = ~;4 + 70 и Т, = Е,/А,: Соответствующая векторная диаграмма, показана на рис.
7.17, а. На ней угол б между вектором тока 7, и осью г7 вращающейся системы координат равен 90'. В номинальном режиме модуль вектора напряжения на статоре определяется выражением !М= где ге„— номинальная скорость двигателя; г, — составляющая номинального тока двигателя по оси д, г„= 1,„; ń— номинальная ЭДС вращения, Е„= раго„Ч'г. Составляющая тока г„соответствии с формулой (5.3) связана с номинальным электромагнитным моментом равенством 3 М„= — р„ли, Ч'г. 2 Поскольку потокосцепление от потока ротора с постоянными магнитами пе может быль изменено, поддержание напряжения постоянным при увеличении скорости до значения, большего номинального, возможно только путем создания составляющей тока г',», отличной от нуля. Векторная диаграмма, соответствующая выражению (7.7), показана на рис. 7.17, б.
Вектор тока при этом сдвигается в сторону опережения и угол б > 90 . Для конк- спи Я1 гы О ЧГ б Рис. 7.17. Векторные диаграммы при двухзонном регулировании скорости привода с вентильным двигателем: а — при Оа = О; б — лри!и < О 205 ретного режима значение!,~ может быть найдено в результате ре- шения нелинейного уравнения (Кд~ - л„гаЕ,ь',) +(Яд, +р„ай,гм+Е) = 1/,„. (7.8) Ток 1, определяется моментом нагрузки, а ЭДС Е вЂ” скоростью и > ы„. При этом надо иметь в виду, что в установившемся режиме должно выполняться условие 1, = Д + ),'„< 1ь,.
Это накладывает ограничение на значение длительно допустимого момента. Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости с вентильным двигателем представлена на рис. 7.18. Так же, как на рис. 7.14, обмотки статора двигателя питаются от преобразователя частоты с автономным инвертором, управляемым током.
Отличие состоит в Форме представления переменных на входе преобразователя и на выходе обратных связей по току статора: эти величины представлены не в ортогональной, а в полярной системе координат. Соответственно во входной ступени преобразователя ПКП осуществляется прямое преобразование переменных из полярной системы координат в неподвижную систему координат х — у, а выходной ступени преобразователя ПКΠ— обратное преобразование из неподвижной системы координат х †в полярную. В полярной системе координат вектор тока представляется в виде модуля вектора ~1,~ и угла его поворота а относительно неподвижной системы координат (см. рис. 7.17, б). Эти преобразования обозначены на схеме как П вЂ” О и Π— П. Система управления выполнена как двухконтурная с контурами регулирования момента и скорости.
Выходной ситнал 1,' регулятора момента РМ воздействует на входы блоков абз и зйп, первый из которых представляет собой блок выделения модуля вектора тока, а второй — идеальное реле. Его выходная величина ! 1- равна +1, если ~1, ~ > О, равна — 1, если ~1~ ~ < О, и равна нулю при Г- 1, ~ = О.
В схеме предусмотрен Функциональный преобразователь ФП, характеристика которого представляет собой зависимость ~6~ =Яю). После умножения на выходной сигнал блока з8п угол б приобретает знак сигнала на выходе РМ и суммируется с сигналом О, датчика положения ротора, представляющим собой угол поворота ротора и связанного с ним вектора Ч' . в электрическом пространстве.
Результатом суммирования является непрерывно изменяющийся во времени угол поворота вектора тока относительно неподвижной системы координат. При работе на скорости, не превышающей номинального значения„сигнал на выходе ФП 206 .оответствует ~6~ = 90', чем обеспечивается равенство нулю со,тавляющей тока ь~. При ы > ы„задание угла ~Ь| растет, что приво~ит к появлению отрицательной составляющей тока г,~ (см. рис. '.17, б). Для компенсации запаздывания в преобразователе частоты, ~роявляющегося в отставании синусоид фазных напряжений от оответствующих сигналов задания, к углу а добавляется опере- тающий угол р,сл, зависящий от частоты напряжения на выходе ~нвертора, т.е.
в синхронной машине — от скорости двигателя, и ,ремени запаздывания. В блоке П вЂ” О преобразователя координат прямого канала выюлняется расчет составляющих тока статора в неподвижной сисеме координат: ь", = !Х;~сов(а" + р„оп); ю,*у = /Х;~яп (а" + р„сэт). В блоке Π— П в цепи обратной связи на основании измерсн~ых значений ь, и ь, определяются истинное значение модуля :ектора тока и угол поворота вектора относительно неподвижной истемы координат: ~1,~ = Д+ 1ХУ; а = агссоз((;„/~1~~).
Значение момента двигателя определяется как М, = (3/2)Р„ЧГ~~т'. ~ли с учетом того, что ь = ~Х,~сов(а — 0, — 90 ) = ~Х,(ап(а — О,): Мд = (3/2) р„Ч г ~Х, ~яп(сс — О,) = (3/2) Р„Ч г /Хфш б, де Ч'~ — потокосцепление, известная постоянная величина. Регуляторы РМ и РС имеют ограничения выходного сигнала. 1ервое из них задает предельное значение динамического тока татора в переходных режимах, а второе — ограничение момента ,вигателя на допустимом значении. ГЛАВА 8 ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ В ПРИВОДАХ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 8.1.
Расчет переходного процесса при пуске электропривода с асинхронным двигателем прямым включением двигателя в сеть В качестве иллюстрации использования структурной схемы асинронного двигателя (см. рис. 2.2) приведем результаты расчета пуска синхронного двигателя на идеальном холостом ходу от нуля до скоости 157 рад/с при ступенчатом задании частоты юе„= 314 рад/с и 7, = и, =,Г2. 220 = 311 В (и~а — — О).
В атом и ряде следующих примеров для расчетов выбран асинронный двигатель с короткозамкнутым ротором мощностью ', = 1,1 кВт. Номинальные Фазное напряжение и ток якоря (зф~ективные значения): Ц„= 220 В; Х,„= 2,73 А; номинальная часзта напряжения питания/'= 50 Гц (ез„„, = 314 рад/с); число пар олюсов р„= 2 (синхронная скорость и~„= 1500 об/мин; угловая анхронная скорость ае = 157 рад/с). Момент инерции двигателя , = 0,0026 кг.м2.При дальнейших расчетах принято, что суммарый момент инерции двигателя и исполнительного органа составчет У = Хд + У„, = 0,026 кг.м': Заданные в каталожных данных араметры схемы замещения в относительных единицах: активые сопротивления Фазы статора и ротора: 4 = 0,118; Аг = 0,07; ндуктивное сопротивление намагничивающего контура х = 1, 74; щ~уктивные сопротивления рассеяния статора и ротора соответ.венно: х„= 0,144; х„= 0,113.
Для перехода к абсолютным единигм зти значения надо умножить на базовое сопротивление У, = Х/ь/Хы = 220/2,73 = 80,59 Ом. В результате Я, = 9,50 Ом; Я2 = 5,64 Ом; , = 140,4 Ом; х„= 11,6 Ом; хм = 9,1 Ом; х, = 152 Ом; х2 = 149,5 Ом. ндуктивные сопротивления рассчитаны при номинальной чае~те.
Поэтому для определения индуктивностсй надо значения тдуктивных сопротивлений поделить на значение номинальной ловой частоты о0 „, после чего будет получено: Е = 0,447 Гн; ,=0,037 Гн; Ем=0,029Гн; Х,, =Х,„+Хм=0,484 Гн; Х,= Х +Х~,—— 0,476 Гн. Постоянная времени фазы обмотки статора Т1 = /е//1~ = 0,0509 с; ' постоянная времени фазы обмотки ротора Тт —— /о/Ат = 0,0844 с. Коэффициент рассеяния машины о = 1 — )с,1сз = 0,133 (1с, = /. /Е, = = 0„923; Ц = г„,/1г = 0,939).
На рис. 8.1 приведены результаты расчета, выполненного в среде МАТ1.АВ Япш!1н)г по структурной схеме, представленной на рис. 2.2. На рисунке представлены два переходных процесса. Первый — это пуск привода при прямом включении двигателя на напряжение питания. До начала этого процесса все переменные были равны нулю, т. е, существовали нулевые начальные условия, В момент времени г = 1 с скачком был наброшен момент нагрузки М = 4 Н м, что явилось причиной второго переходного процесса. К моменту его начала скорость двигателя, токи и потокосцепления уже достигли своих установившихся значений, которые определили ненулевые начальные условия для этого второго процесса.
В этом случае их отдельное определение не потребовалось, так как оба процесса рассчитывались в рамках одной задачи и начальные условия для второго процесса были определены автоматически. Если бы расчет второго процесса представлял собой самостоятельную отдельную задачу, то ненулевые начальные условия, существовавшие до его начала, должны были рассчитываться.
Для этого надо, чтобы были известны: начальное напряжение на ста-- торе, круговая частота этого напряжения и начальное значение ~ круговой частоты роторной ЭДС. Последняя величина может быть определена по механической характеристике двигателя для значения момента нагрузки, существовавшего до его увеличения (в данном примере начальная частота роторной ЗДС была гов „= О). ее, рад/с; М!О, Н.м 150 50 -50 0 0,4 0,8 1,2 1,б с, с Рис. 8.1. Расчетные переходные процессы а злсктроприводс с асинхронным двигателем при прямом пуске и набросе момента нагрузки: 1 — кривая скорости; 2 — кривая момента 210 !ультатом расчета должны явиться начальные значения пото- :цеплений статора и ротора.
Их удобно определить путем реше- н матричного уравнения, записанного на основании первых ырех равенств системы уравнений (2.22) при р = О в виде: (8.1) '!т!а Матрица-столбец начальных значений потокосцеплений рас- ггывается через обратную матрицу коэффициентов А ': х = А 'в. Е примере начальные значения потокосцеплений перед монтом времени г = 1 с при сов = 0 получаются: !р!,„= 0,062; „,„= -0,986; !ут, „= 0,057; !утр„,„— — — 0,91 Вб. При необходимости зеделить токи, это можно сделать, воспользовавшись пятым— :ьмым равенствами из системы уравнений (2.22). 8.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
