курсач ЭП

Рис. 5.21. Структура преобразования координат

Переход от осей – к x–y осуществляется в блоке координатных пре-

образований КП1 с помощью формул прямого преобразования (5.31).

Функциональная схема блока КП1 приведена на рис. 5.22.

101

102

Если в качестве АД используется двухфазный асинхронный двигатель,

необходимость в фазных преобразованиях отпадает.

5.5.2.Система регулирования скорости и момента электропривода

свекторным управлением асинхронного двигателя при определении по-

токосцепления ротора по модели потока

Установка датчиков Холла для измерения магнитного потока в воз-

душном зазоре АД в системах прямого векторного управления требует до-

полнительных изменений в конструктивных решениях серийно выпускаемых АД и сопровождается снижением надежности электропривода. Поэтому в со-

временных и наиболее совершенных частотно-регулируемых электроприво-

дах, в которых системы управления реализованы на основе микропроцессор-

ной техники, используются в основном системы косвенного векторного управления. В данных «бездатчиковых» системах информацию о векторе по-

токосцепления ротора 2 АД получают косвенным путем на основании его математической модели.

Недостатком косвенного векторного управления является зависимость точности его реализации от точности определения параметров, которые из-

меняются с изменением температуры, частоты, величины тока и насыщения магнитной цепи АД. Из-за неточности определения параметров и их зависи-

мости от условий работы АД характеристики двигателей при косвенном– векторном управлении могут существенно отличаться от заданных. Поэтому в современных системах косвенного векторного управления вводятся уст-

103

ройства идентификации параметров на основе паспортных данных двигателя и автоматической их подстройки в процессе работы АД. Данное обстоятель-

ство несколько снижает преимущества систем косвенного векторного управ-

ления, но развитие современного частотно–регулируемого электропривода идет именно в этом направлении.

Функциональная схема системы регулирования момента и скорости АД при определении потокосцепления ротора на модели потока приведена на рис. 5.24. Система управления состоит из трех основных блоков: блока фаз-

ных преобразований (БФП) – преобразователи П2/3 и П3/2; блока коорди-

натных преобразований (БКП) – преобразователи КП1, КП2; блока регулято-

ров (БР) – регуляторы РТх, РТу, РП, РМ и РС. На входах регуляторов токов РТх, Рту сравниваются сигналы задания токов iЗ.1x и iЗ.1y с истинными значе-

ниями токов i1x, i1y с выхода КП1. Выходные сигналы регуляторов токов UЗ.1x,

UЗ.1y являются сигналами задания напряжения инвертора UЗA, UЗB, UЗC. На-

пряжения на выходе инвертора UA, UB, UC создают токи в статорных обмот-

ках двигателя iA, iB, iC, которые после их преобразования в П3/2 и КП1 во вращающуюся систему координат x – y служат сигналами обратной связи по току i1x, i1y.

Модель потока показана на рис. 5.25. На основании (5.8) получаемые в

При ориентации вектора потокосцепления по оси х его значение одно-

значно определяется составляющей тока по оси х, а частота ЭДС ротора со-

ставляющей тока по оси у.

104

Кроме модуля потокосцепления ротора и частоты ротора в модели по-

тока рассчитывается текущее значение угла поворота 0 вращающейся сис-

темы координат x – y относительно связанной со статором неподвижной сис-

темы координат – , а также значение электромагнитного момента АД.

Сумма измеренного значения скорости, умноженного на число пар по-

люсов и рассчитанного в модели значения частоты ротора, определяет теку-

щее значение частоты на выходе ПЧ 0ЭЛ рП ˆ Р . Интегрирование этой величины в интеграторе И дает текущее значение угла 0. Это значение в ге-

нераторе синусоидальных колебаний (ГСК) определяет необходимые значе-

ния cos 0 и sin 0.

При ориентации 2 по оси х и расчете электромагнитного момента АД через амплитудное значение потокосцепления ротора и проекции вектора то-

ка по оси у, он рассчитывается по выражению

Если 2 и i1y представляли собой проекции векторов, модули которых приняты равными эффективным (действующим) значениям величин, здесь

для определения значения момента необходимо использовать формулу

В системе управления электропривода использована последовательная коррекция при введении подчиненных контуров регулирования. Внешним по отношению к контуру тока по оси х, является контур регулирования пото-

косцепления ротора с регулятором потока (РП). Выходной сигнал регулятора потока представляет собой сигнал задания i1x. На входе (РП) сравниваются

сигналы задания З 2 и истинное значение потокосцепления ротора 2 , рас-

считанное в модели потока. Внешним по отношению к контуру регулирова-

ния тока i1y является контур регулирования момента с регулятором (РМ). На его входе сравниваются выходной сигнал регулятора скорости (РС), который

106

задает значение электромагнитного момента MЗ, и сигнал обратной связи по

моменту ˆ , вычисленный в модели потока. Контур регулирования скорости

M

замкнут по сигналу ω на выходе датчика скорости (ДС).

В рассматриваемой схеме исключение влияния перекрестных связей

(см. рис. 5.2) обеспечивается путем использования быстродействующих кон-

туров регулирования токов i1x, i1y. Это позволяет рассматривать контур регу-

лирования потокосцепления ротора как не связанный с подсистемой регули-

рования момента, и делает возможным независимое регулирование потокос-

цепления ротора, как при регулировании потока возбуждения в двигателе по-

стоянного тока независимого возбуждения. Здесь имеет место возможность установки потока до того, как в контуре скорости будет подан сигнал задания и скорость АД равна нулю.

При реализации двухзонного регулирования скорости (рис. 5.24) в сис-

теме предусмотрен функциональный преобразователь (ФП). Сигнал на его входе определяется значением скорости. До тех пор пока скорость не превы-

шает номинального значения, сигнал на выходе (ФП) задает номинальный поток и остается постоянным. Когда скорость превысит номинальное значе-

ние, сигнал на выходе ФП будет уменьшаться и скорость, большая номи-

нальной, будет достигнута при ослаблении потокосцепления ротора при примерно постоянном значении напряжения на статоре АД.

На входе системы установлен задатчик интенсивности (ЗИ). При пода-

че на его вход сигнала задания скорости любой, например ступенчатой фор-

мы, изменение сигнала задания скорости на выходе происходит по линейно-

му закону, что обеспечивает плавный характер разгона и торможения элек-

тропривода.

Согласно с принципом подчиненного регулирования для ограничения выходной величины внутреннего (подчиненного) контура необходимо огра-

ничить выходной сигнал регулятора внешнего по отношению к нему конту-

ра. Поэтому для ограничения токов статора по осям x – y предельно допусти-

107

мыми значениями, в регуляторах потока (РП) и момента (РМ) предусмотрено ограничение входных сигналов i1x, i1y. Аналогично для ограничения момента двигателя ограничивается выходная величина регулятора скорости (РС).

Ограничение выходного сигнала регулятора внешнего контура вступа-

ет в действие, если в переходном процессе сигнал ошибки на его входе, пред-

ставляющий собой разность сигналов задания и обратной связи, станет недо-

пустимо большим, что привело бы к недопустимому увеличению выходной величины подчиненного контура. При наличии ограничения выходная вели-

чина регулятора внешнего контура остается постоянной, равной максималь-

ному значению до тех пор, пока ошибка на его входе не снизится до значе-

ния, при котором регулятор выходит из зоны ограничения. Наличие ограни-

чения на регуляторах момента и скорости позволяет независимо ограничивать значения момента двигателя и тока статора по оси у.

При выборе значений ограничений токов i1x и i1y, следует иметь в виду,

что они должны быть выбраны таким образом, чтобы модуль полного тока

статора, определяемый как I1 i12x i12y , не превышал предельного допусти-

мого значения I1 огр. Это поясняет векторная диаграмма (рис. 5.26 а). На рис. 5.26 б приведена функциональная схема ограничения тока, обеспечи-

вающего ограничение сигналов задания токов статора по осям x–y таким об-

разом, что полный ток ограничивается на уровне I1 огр независимо от соотно-

шения между токами i1x и i1y.

108

X

2

0 1

i1 у

Y

а)

б)

Рис. 5.26. Векторная диаграмма (а)

и функциональная схема блока ограничения тока статора (б)

109

Согласно рис. 5.26 а модуль задания тока статора будет равен

I1.огр iЗ .1x 2 iЗ .1y 2 , т. е. независимо от соотношения сигналов на входе регуля-

торов РП и РМ модуль полного тока всегда будет ограничен на уровне I1 огр.

В рассматриваемой системе регулирования режим предварительного намагничивания АД обеспечивается заданием составляющей тока i1x, форми-

рующей потокосцепление ротора раньше, чем будет задана составляющая i1y,

формирующая электромагнитный момент двигателя. В рассматриваемом блоке, при подаче сигнала задания 3.2 на вход контура регулирования пото-

косцепления, величина i1x ограничивается значением I1 огр, обеспечивая фор-

сированное нарастание потокосцепления. Тогда как при раздельном ограни-

чении токов i1x ,i1 y (рис. 5.26) величина i3.1x ограничивается меньшим значе-

нием, чем I1 огр, т.е. поток нарастает медленнее.

На вход схемы подаются входные величины с регуляторов РП и РМ,

которые, в этом случае, не имеют ограничения выходных величин i3.1x ,i3.1 y .

После возведения их в квадрат в блоке рассчитывается текущее значение модуля тока статора I1 max и тригонометрическая функция угла между векто-

ром тока статора I1 и осью x системы координат х – у.

110