4 раздел Векторное управление

диапазон регулирования скорости (до 1:20000) и высокие динамические

показатели (полоса пропускания не менее 100 Гц).

Рисунок 4.29 – Общий вид электронных блоков управления комплектного асинхронного глубокорегулируемого электропривода «Размер 2М-5-21»

Рисунок 4.30 – Блок биполярных высоковольтных транзисторных силовых ключей КС-12

Сущность частотно-токового способа управления заключается в том, что

встаторных обмотках АД формируется изменяющаяся по трехфазному закону система токов, амплитуда которых зависит от заданного или регулируемого тока намагничивания и активного тока, пропорционального требуемому вращающему моменту. При этом частота токов статора равна алгебраической сумме двух частот: частоты вращения ротора и частоты скольжения. В

результате взаимодействия вращающегося магнитного поля c током в короткозамкнутой обмотке ротора возникает вращающий электромагнитный момент М . Согласованное управление амплитудой и фазой тока в функции требуемого момента c учетом углового положения ротора позволяет получить регулировочные характеристики, аналогичные характеристикам привода с ДПТ

вшироком диапазоне частоты вращения и момента, а по допустимой частоте вращения и быстродействию – превзойти их.

При частотно-токовом способе управления АД механические характеристики привода являются мягкими. Так как функциональная зависимость момента ЭД переменного тока от величины тока якоря является более простой, чем от величины напряжения на якоре, входной сигнал формирует ток якоря. Мгновенные значения токов в фазах обмотки определяются входными сигналами (требуемым током) и условным положением ротора. Они должны соответствовать требованиям к мгновенным значениям токов многофазной симметричной системы.

Отличительной чертой приводов с частотно-токовым управлением является, как отмечалось, применение в них преобразователей энергии на основе усилителей тока, представляющих собой усилители напряжения,

охваченные глубокой отрицательной обратной связью по мгновенным значениям токов фаз ЭД. В этом случае напряжение на фазах ЭД автоматически формируется преобразователем энергии для заданного режима.

При частотно-токовом векторном управлении АД обеспечиваются:

–высокие статические и динамические характеристики привода, момент на валу является линейной функцией входного сигнала для всех скоростей привода;

–исключается возможность выпадения из синхронизма, опрокидывания и качания ЭД переменного тока;

–при достаточно простых технических средствах возможно оптимальное использование ЭД для получения как максимального момента на валу при заданном токе, так и высоких энергетических показателей;

–высокая надежность работы преобразователя энергии, так как осуществляется контроль мгновенных значений токов фаз ЭД.

4.7.3.2 Обобщенная функциональная схема асинхронного электропривода подачи «Размер 2М-5-21».

Обобщенная функциональная схема ЭП подачи «Размер 2М-5-21»

приведена на рис. 4.31. Асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором АД снабжен датчиком температуры и положения. Датчик температуры

выполнен на терморезисторах и служит для формирования сигнала ограничения момента двигателя, а также сигнала «Перегрев двигателя».

Датчик положения выполнен в виде фазовращателя. Изменение фазы выходного сигнала датчика положения формирователем сигнала положения

преобразуется в импульсные сигналы, пропорциональные угловому перемещению ротора двигателя, т.е. формируется код фактического положения ротора.

Система управления комплектного ЭП представляет собой двухконтурную систему подчиненного регулирования. Регулятор скорости

(РС) выполнен пропорционально-интегральным. Сигнал обратной связи по скорости Uос,с на выходе ЦАП вырабатывается цифровым формирователем

частоты вращения (ФЧВ). Выходной сигнал регулятора скорости UЗТ ,Ч

задает ток и частоту тока статора АД. Этот сигнал проходит по двум каналам

управления.

сигнала

положения

Рисунок 4.31 – Обобщенная функциональная схема асинхронного электропривода подачи «Размер 2М-5-21»

В первом канале управления при помощи регулятора вектора тока

(РВТ) формируется сигнал задания амплитуды и фазы тока статора I1 . На вход РВТ также подается сигнал задания тока намагничивания UЗТ , Н , который определяет величину магнитного потока двигателя. Во втором канале сигнал при помощи формирователя частоты скольжения (ФЧС)

преобразовывается в дополнительный сигнал частоты тока (сигнал частоты скольжения). Сигнал частоты скольжения в сумме с сигналом обратной связи по скорости с выхода ФЧВ образуют сигнал, который задает частоту тока статора АД. В результате регуляторы фазных токов (РФТ) формируют синусоидальные кривые токов статора iA , iB с заданной амплитудой и частотой.

Управление двигателем осуществляется путем задания в обмотки статора трехфазной системы токов, создающих вращающееся магнитное поле. Ток в фазе C равен сумме токов фаз A и B . Трехфазная система токов формируется

транзисторным инвертором (инвертором тока) (ТИ) с отрицательной обратной связью по выходному току, которая подается на вход регуляторов тока (РТ). Входные сигналы РТ зависят от абсолютного значения частоты вращения двигателя, величины и знака рассогласования между заданным и фактическим значением частоты вращения, величины напряжения в силовой цепи ТИ, а также от температуры нагрева обмоток ротора. Выходные сигналы РТ задает амплитуду, фазу и частоту фазных токов АД. Преобразование постоянного напряжения в регулируемую по частоте и амплитуде трехфазную систему токов А-В-С для питания АД осуществляется транзисторным инвертором, выполненным на базе силовых ключей КС-12 (см. рис. 4.30).

4.7.3.3 Упрощенные принципиальные схемы транзисторного

инвертора и регулятора фазного тока.

Упрощенная принципиальная схема транзисторного инвертора ТИ комплектного ЭП подачи «Размер 2М-5-21» приведена на рис. 4.32 [15].

Силовая часть инвертора выполнена по мостовой схеме на транзисторных переключателях тока, управление которыми осуществляется регулятором тока РТ, замкнутым по току нагрузки. Питание инвертора осуществляется от звена постоянного тока, в качестве которого используется высоковольтный источник питания напряжением 540 В. Переключатели тока поочередно подключают вывод фазной обмотки АД к положительному либо отрицательному полюсу звена постоянного тока. Переключатели тока защищены от импульсных перегрузок и по максимальному значению тока.

На упрощенной принципиальной схеме ТИ (см. рис. 4.32) обозначены:

КС12 – силовые ключи фазных обмоток статора; КТ7 – блок контроля токов;

E1, Е2 – шунты; КА1, КА2, КВ1, КВ2, КС1, КС2 – сигналы управления силовыми ключами; АТ – сигнал аварийного торможения.

Магнитосвязанные дроссели L1.1 и L1.2 предназначены для ограничения импульсного обратного тока, протекающего через диоды V24 и V32,

включенные встречно-параллельно силовым транзисторам. Дроссели шунтированы цепочками R15, V25 и R16, V33 соответственно, что обеспечивает неразрывность тока при коммутации силовых транзисторов.

Конденсатор С6 защищает транзисторы от перенапряжений.

Рисунок 4.32 – Упрощенная принципиальная схема транзисторного инвертора ЭП «Размер 2М-5-21»

Управление работой силовых переключателей осуществляется схемами управления, включающими в себя встречно-параллельные оптронные развязки

вторичного напряжения, преобразующего напряжение прямоугольной формы

частоты в постоянное напряжение. Диод V13 замыкает

отрицательную обратную связь по напряжению насыщения транзисторов, что

обеспечивает их работу в активной зоне, увеличивая быстродействие и уменьшая тепловые потери.

Амплитуда тока в фазе ограничена напряжением высоковольтного источника. Состояние силовых переключателей контролируется светодиодами.

Упрощенная принципиальная схема регулятора фазного тока статора приведена на рис. 4.33 [15]. На рисунке сигналы и функциональные группы обозначены символами, принятыми для фазы А.

На рис. 4.33 обозначены: I – схема управления; II – схема измерения тока;

а – шина; AN1 – нуль-орган; AT1 – фазовращатель. Условно принято, что источник звена постоянного тока имеет среднюю точку и индуктивная нагрузка

L включена между общей точкой токовых прерывателей П1, П2 и средней точкой источника, а сигнал задания тока TЗ, А равен нулю.

Рисунок 4.33 – Упрощенная принципиальная схема регулятора фазного тока статора

Нуль орган AN1 может находиться только в одном из двух устойчивых состояний, например таком, что замкнут прерыватель П1. Фазовращатель AT1,

На рис. 4.34 приведена функциональная схема трехфазного контура тока привода подачи, силовая часть которого выполнена по трехфазной мостовой схеме, а управление прерывателями осуществляется от трехфазного регулятора тока РТ (блок РТ8) [15].

Блок РТ8 включает схемы трех регуляторов и двух датчиков тока.

Сигналы задания тока и обратной связи по току фазы С получают суммированием соответствующих сигналов фаз А и В, а результат сравнения при управлении полумостом фазы С инвертируется.

В сигналах управления прерывателями инвертора исключены состояния,

вызывающие одновременное подключение выводов обмотки двигателя к одному полюсу звена постоянного тока. В контрольном режиме коммутация прерывателей ТИ осуществляется принудительно сигналами Ак , Вк и Ск ,

обратная связь регулятора по току при этом разомкнута.

Наибольшая мощность на транзисторах прерывателя выделяется в моменты коммутации. Для защиты транзисторов в схеме формирования сигналов управления введено ограничение по минимальной длительности выключенного состояния (не менее 55 мкс), длительность включенного состояния не менее 25 мкс, длительность паузы между моментами отключения одного прерывателя и включением другого 15 мкс.

Приемником сигналов управления силовыми ключами KA1, КА2 (KB1,

КВ2; KC1, КС2) служат излучающие диоды оптопар V 6 в блоках ключа силового КС12 (см. рис. 4.32). Излучающие диоды включены параллельно и встречно относительно друг друга и оба подключены к выходам источников сигналов KA1 и КА2. Прерыватель П1, связанный с шиной 540 В (+), включен,

если КА1 КА2 =1, а П2 – если КА1 КА2=1; при КА1 КА2=1 оба прерывателя разомкнуты.