Билет №14

Б И Л Е Т № 14

1. Потери и расход энергии в переходных процессах асинхронного электропривода.

2. Системы управления электроприводом с прямой ориентацией по вектору потокосцепления ротора.

Функциональная схема системы регулирования скорости асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором М при питании его от преобразователя частоты UZF с управлением по вектору потокосцепления ротора двигателя представлена на рис. 7.2. - система Transvektor.

Система имеет два внешних контура регулирования - модулем вектора потокосцепления ротора ₂ и угловой скорости  ротора, а также два подчиненных им внутренних контура регулирования составляющих тока статора I_1x и I_1y в осях x и y ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью_0эл поля двигателя. Система осуществляет независимое регулирование модуля вектора потокосцепления ротора и скорости ротора при сохранении прямой пропорциональности между моментом двигателя и составляющей намагничивающей силы статора, находящейся в квадратуре с волной потокосцепления ротора. Сигнал задания потокосцепления ротора₂_з формируется в специальном вычислительном устройстве ВУ, использующим математическую модель АД и вводимые в нее реальные параметры двигателя: активные и реактивные сопротивления цепей статора и ротора, число пар полюсов, номинальные значения мощности, скорости, напряжения и тока статора, их частоту, коэффициенты полезного действия и мощности. На рис. 7.2 вводимые параметры двигателя условно изображены совокупностью внешних сигналов Х_вн на входе ВУ. Внешний сигнал задания скорости двигателя  _з подается на вход задатчика интенсивности ЗИ, формирующего темп изменения скорости двигателя в соответствии с требуемыми технологическими ограничениями.

Измерение текущих значений скорости, потокосцепления ротора и токов статора АД производится с помощью датчиков скорости (тахогенератор BV), потокосцепления (ДП) и тока (ДТ).

ДП преобразует измеренные с помощью датчиков Холла трехфазные мгновенные значения потокосцеплений в воздушном зазоре _.а , _{ b} в составляющие потока _. , _{ } в осях  ,  ортогональной системы координат, жестко связанной с неподвижным статором двигателя, причем ось совмещается с магнитной осью статорной обмотки фазы А: _. = _.а ; _{ } = (_.а +_.b ).

Кроме того, в ДП осуществляется вычисление составляющих потокосцепления ротора согласно соотношениям :

_2 = _. - (L₂ -L_) I_1 ;

_2 = _. - (L₂-L_) I_1 ,

где L₂ и L_ - соответственно собственная индуктивность обмотки ротора и взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора, приведенные к цепи статора.

ДТ измеряет мгновенные значения фазных токов статора I_1a, I_1b и преобразует их в двухфазную систему переменных I_1, I_1 . Преобразование переменных из неподвижной системы координат ,  в систему координат х, у, связанную с потокосцеплением ротора и вращающуюся со скоростью  _{0 эл} , осуществляется вектор-фильтром (ВФ) и координатным преобразователем КП1. Вектор-фильтр выделяет модуль вектора потокосцепления ротора ₂= и тригонометрические функции

cos _{0 эл} = _2 / ₂, sin _{0 эл} = _2 / ₂,

где  _{0 эл} =  _{0 эл} t - электрический угол поворота ротора относительно статора в осях х, у.

Преобразователь КП2 осуществляет поворот вектора намагничивающей силы статора на угол _0эл по осям х, у вращающейся системы координат

Задание на электромагнитный момент двигателя формируется выходным сигналом регулятора скорости РС, на входе которого сравниваются сигнал задания скорости  _зи с выхода ЗИ и сигнал, пропорциональный реальной скорости  двигателя. Для поддержания постоянства электромагнитного момента при изменениях модуля потокосцепления ротора введен по (4.36) блок деления БД сигнала с выхода регулятора скорости на ₂. На выходе блока деления формируется сигнал задания I_1yз составляющей тока статора I_1y по оси у.

Сигнал задания I_1хз составляющей тока статора I_1х по оси х формируется на выходе регулятора потока РП, на входе которого сравниваются сигналы задания и реального значения модуля потокосцепления ротора.

Сигналы задания I_1хз и I_1уз сравниваются с текущими составляющими токов статора I_1х и I_1у на входах соответствующих регуляторов токов РТ_х и РT_у, выходные сигналы которых определяют задания составляющих напряжений статора u_1x и u_1y в системе координат х, у.

Система дифференциальных уравнений, характеризующих динамические процессы в асинхронном двигателе при его векторном управлении в системе координат х, у имеет вид:

+ = k_rR'₂ I_1x ; ( _{0 эл} - р ) = k_rR' ₂ I_1y; + I_1x =  _{0 эл} I_1y + + u_1x ; + I_1у = -  _{0 эл} I_1х + р  + u_1y ; J_ =рk_r ₂I_1y - M_{с ,}

где R₁, L₁ - активное сопротивление и собственная индуктивность фазы обмотки статора; R'₂ - активное сопротивление фазы обмотки ротора, приведенное к статорной цепи; k_r = L_ /L₂ ; k_s = L_ /L₁ ;  = 1- k_r k_s .

При компенсации следующих составляющих в правых частях уравнений (7.6) за счет их умножения на L₁ L₁ _{0 эл} I_1y ; ; - L₁ _{0 эл} I_1х и без учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя (составляющей р k_r ), подобно электроприводам постоянного тока, может быть преобразовано к виду: + = k_rR₂ I_1x; + I_1x = u_1x ; + I_1у = u_1y ;

На рис.7.2 роль подобной компенсации выполняет блок БК, в который вводятся переменные I_1x, I_1у,,  и где производятся соответствующие функциональные преобразования.

Преобразование составляющих напряжения статора u_1x, u_1y с выхода БК в составляющие u_1, u_1 в осях  ,  осуществляется блоком координатных преобразований КП1 в соответствии с соотношениями

u_1 = u_1x cos _{0 эл –} u_1y sin _{0 эл} ; u_1 = u_1x sin _{0 эл} + u_1y cos _{0 эл} ;

В преобразователе фаз ПФ по соотношениям

u_1a = u_1 ; u_1b = ( - u_1 + u_1 ); u_1c = ( - u_1 - u_1 )

формируются трехфазные синусоидальные сигналы u_1a, u_1b, u_1c, определяющие на выходе преобразователя частоты UZF амплитуду и частоту напряжений U_A, U_B, U_C питания обмоток статора двигателя.

Представив передаточную функцию преобразователя частоты по напряжению совместно с блоками преобразования координат в виде инерционного звена

W_пч (p) = U_1x(p)/u_1x(p) = U_1y(p)/u_1y(p) = К_п /(Т_п р + 1),

где К_п - эквивалентный статический коэффициент передачи между составляющими напряжений u_1x , u_1у управления преобразователем и составляющими в осях х, у выходных напряжений преобразователя U_1x U_1y; Т_п - эквивалентная постоянная времени цепи управления преобразователем, уравнения (7.7) могут быть приведены к виду = ; = ;

= ; М(р) = рk_r₂(р) I_1y (р); = .

Здесь: R_ = R₁ + k_r²R'₂ - результирующее сопротивление обмотки статора двигателя: Т_1э = L₁/R_ - электромагнитная постоянная статорной цепи двигателя; Т_2э = L₂/R₂ - электромагнитная постоянная роторной цепи двигателя.

Упрощенная структурная схема системы векторного управления частотно-регулируемого асинхронного электропривода приведена на рис.7.3.

Схема содержит два одинаковых по параметрам внутренних контура регулирования составляющих I_1x, I_1у тока статора с коэффициентом обратной связи по току К_о.т, внешний контур регулирования потокосцепления ротора с коэффициентом обратной связи по потокосцеплению К_о.п и внешний контур регулирования скорости двигателя с коэффициентом обратной связи по скорости К_о.с. Структурная схема подобна структурной схеме системы двухзонного регулирования скорости двигателя постоянного тока. Поэтому при настройке контуров регулирования на модульный оптимум определение параметров передаточных функций регуляторов тока W_р.т (р), потокосцепления W_р.п (р) и скорости W_р.с (р) выполняется аналогично: W_р.т (р) = К_р.т + , W_р.п (р) = К_р.п + , W_р.т (р) = К_р.с,

где Т_иI = а_I Т_п - постоянная времени интегрирования ПИ - регулятора тока; К_р.т = Т_1э /Т_иI - коэффициент передачи пропорциональной части регулятора тока; а_I = 2 4; Т_ип = а_п а_I Т_п постоянная времени интегрирования ПИ-регулятора потокосцеплении ротора; К_р.п = Т_2э /Т_ип - коэффициент передачи пропорциональной части регулятора потокосцепления ротора; а_п = 2 4; К_р.с = 2J_ К_о.т/ 3 р_п k_r К_о.с а_ а_I Т_п - коэффициент передачи пропорционального регулятора скорости; а_ = 2 4.

3. Особенности построения системы автоматического регулирования скорости для прокатного стана при индивидуальном электроприводе валков.

Как правило в прокатных станах используется двухзонное регулирование скорости.

При индивидуальном приводе валков, часть системы регулирования будет общей для обоих валков, а часть системы для каждого валка своя.

Каждый валок будет иметь: схему регулирования скорости вращения двигателя воздействием на напряжение якоря; схему регулирования возбуждения прокатного двигателя; схему ограничения тока в якорной цепи на максимально допустимом уровне.

Общее для обоих волков будет: схема регулирования соотношения скоростей и деления нагрузок двигателей; обе двухзонные системы регулирования скорости, будут получать задание на скорость от одного источника.

Схема регулирования соотношения скоростей и деления нагрузок двигателей необходима по причине того, что при прокатке полосы оба валка имеют жесткую механическую связь через прокатываемый металл, следовательно скорости у них одинаковые. Однако из-за неточных настроек систем регулирования, или из-за отличий в параметрах прокатных двигателей, может возникнуть ситуация, когда условия работы двигателей разные. Т.е. если бы они не были связаны через прокатываемый металл, то при данной нагрузке они бы работали с разными скоростями, но т.к. они связаны и работают с одной скоростью, то один из них недогружен, а другой перегружен. Схема деления нагрузок подает сигнал на САРС более загруженного двигателя так, чтобы это привело к понижению напряжения подаваемого на якорь двигателя, и сигнал на САРС менее загруженного двигателя так, чтобы повысить напряжение.