ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЭЛЕКТРО­ПРИВОД

ФОРМИРОВАНИЕ ПУСКОТОРМОЗНЫХ РЕЖИМОВ В ЗАМКНУТЫХ САУ

Замкнутые САУ позволяют значительно расширить возмож­ности управления механическими переходными процессами элек­тропривода. Так, в САР скорости необходимая тахограмма разго­на (торможения) с заданным временем переходного процесса, ог­раничением ускорений и рывков может быть реализована, как и в электроприводах постоянного тока [29, 97, 98], путем формиро­вания определенного закона изменения задающего сигнала с53= =f(т), подаваемого на вход регулятора скорости. Для этой цели используются линейные и нелинейные задатчики интенсивности (ЗИ), обеспечивающие ограничение производных входного сиг­нала.

Для линейного ЗИ

(4.91)

где соз — заданная скорость; тп — заданное время пуска; ап = =(о3/тп — заданное ускорение при пуске.

В этом случае, как следует из (4.91),

Ы3(Р) = (Яп/УМ1 ~е'*Р).

Подставляя (4.92) в (4.82) или (4.88), определяем реакцию САР скорости при разгоне по задатчику интенсивности. Так, при использовании П-регулятора скорости и тс=const получаем сле­дующий закон изменения скорости при разгоне:

а) О^т^Х]

(4.936)

Как показывает анализ (4.93а) и (4.936), САР скорости прак­тически обеспечивает разгон электропривода с постоянным уско­рением a=an=const. Следовательно, можно считать, что прибли­женно момент двигателя, развиваемый в процессе пуска,

(4.94)

Выражения (4.93а), (4.936), (4.94) получены в предположе­нии, что регулятор работает в линейной зоне. Однако при разгоне асинхронного электропривода до скоростей, близких к номиналь­ной, при какой-то скорости сої регулятор скорости может выйти на ограничение (Um^= 1, г=1) и дальнейший разгон от со, до 002 про­исходит в разомкнутой системе по естественной характеристике. При работе электропривода с малыми скольжениями зависимость m = f(s) можно считать линейной и записывать в следующем ви­де: m=mNs/sN.

Тогда процесс разгона от сої до сог определяется выражением

со (t) = со2 — (со2 — сох) е Т/У

где xM=J№2=JsN/mN — механическая постоянная времени при ра­боте двигателя на линейной части характеристики.

Анализ показывает, что при практических расчетах можно не учитывать этого обстоятельства и принимать, что в процессе пу­ска m/=const, так как участок работы на естественной характе­ристике вносит несущественные коррективы в тахограмму разго­на, особенно при малых значениях тс и ап.

При использовании линейных ЗИ удается обеспечить в пере­ходных режимах заданное ускорение (замедление) при изменении параметров электропривода (тс и /). Причем режим двигателя в переходном процессе определяется знаком и значением тс, значе­нием /, требуемым ускорением (замедлением). В частности, при торможении электропривода асинхронный двигатель может рабо­тать в двигательном режиме, а при разгоне с активным моментом нагрузки в тормозном режиме. При необходимости ограничения второй производной скорости (рывка), что важно для электропри­вода лифтов, некоторых крановых и ткацких механизмов, турбо­механизмов и т. д., можно использовать нелинейные задатчики ин­тенсивности. На рис. 4.19 показаны экспериментальные осцилло­граммы отработки пускотормозных режимов в САР скорости с за­датчиком интенсивности.

Можно также реализовать пускотормозные режимы в замкнутых САУ с вве­дением обратных связей по току статора (ротора для двигателей с контактными кольцами), обеспечивая постоянство тока 16, 106]. В этом случае оказывается возможным снизить ток и момент в переходных режимах и уменьшить установ-

ленную мощность полупроводникового преобразователя. Схемы замкнутых САУ с обратной связью по току статора или ротора приведены на рис. 4.20. Принцип действия всех схем аналогичен: полупроводниковый преобразователь, управляе­мый в функции сигнала ошибки ДU—Ui3—Ui, усиленного регулятором тока, стремится поддерживать в переходном режиме заданное значение тока двига­теля. Причем в схеме рис. 4.20,а регулируется ток статора (is), а в схемах рис. 4.20,6, в — ток ротора (tV). Для этой цели используется полупроводниковый преобразователь переменного напряжения в статорных цепях (рис. 4.20,а, б) или преобразователь, регулирующий добавочное сопротивление в роторе (рис. 4.20,в).

Будем считать, что в системах с обратной связью по току регулируется действующее значение первой гармоники тока /1 [6], практически определяющей момент двигателя на регулировочных характеристиках. Отметим также, что /і* = =/m, где 1щ — амплитуда первой гармоники тока.

Рассмотрим функциональную зависимость момента двигателя от тока ста­тора (ротора), не учитывая электромагнитные переходные процессы. Для этой

напряжение обратной связи по току статора (ротора)]: а, б — РПН; в — РДС; ДТ — датчик тока; РТ — регулятор тока

цели систему уравнений (2.8) запишем в векторной форме при сок=0 и определим установившиеся значения обобщенных векторов тока статора (is) и ротора (tV):

l_sy = ~ е> «+*> = I'J (Т+Т+ЧЗР ;

о Xs(a + jb)

(4.96)

pi (T+t) _ J / (T+T + 4>r)

є —1 mre у

aXs (a - f - jb)

ГДЄ Ims(.Imr )—модуль вектора тока статора (ротора); <ps(qv)—фазовый сдвиг вектора тока статора (ротора) по отношению к вектору напряжения сети:

(arr)2 + S2

xs У (as'ar'ro — s)2 + (cx/r + as's)2

S (as'a/ro —s)— arr (a/r + a'ss) arr (a/a/ro — s) - f S (a/r + ct/s) VmkrS

у = n —f - arcl

mr!^(“s'«rrro - s)2 + (“r'^11^)2 ’ 7 1 a/r + a/s

Выражения (4.97), (4.98) позволяют установить связь тока статора (ротора) с регулируемым параметром преобразователя. Так, для схем рис. 4.20,а, б, когда ит=маг, r=const:

Ims(r) — ^т? з(*°) > (4.99)

где при регулировании тока статора

, . . 1 ЛҐ__________ К')*

(to) oXs V [a/cc/ro —(1 —

при регулирований тока ротора їз (°>) =

вХаУ [as'a/га — (1 - to) f + [а/г + а/ (1 - to)j*

В схеме рис. 4.20,в, когда Um=l, r=var, /тг=Ыг, to), а функция /2(r, to) определяется no (4.101) с учетом того, что значение г изменяется в процессе регулирования.

Используя (4.2), (4.3), (4.97), (4.98), получаем уравнения для момента в функции тока статора (ротора). При управлении током статора (ротора) за счет РПН (рис. 4.20,а, б) получаем

Если ток ротора регулируется за счет добавочного сопротивления (рис. 4.20, б), то при заданном значении 1тг

(4.105)

™ = f (hnr) =

(4.106)

Полученные соотношения позволяют рассмотреть функциональные схемы за­мкнутых САУ с введением обратных связей по току (рис. 4.21). Если использо-

вать пропорциональный регулятор тока с коэффициентом передачи fePlT, то при упрощенном рассмотрении (без учета электромагнитных процессов) в контур тока входят только усилительные звенья с постоянными коэффициентами передачи (можно считать, что датчик тока имеет линейную характеристику и его коэффи­циент передачи Лд>т== const). Однако из-за внутренней обратной связи по скоро­сти общий коэффициент усиления разомкнутого контура тока как видно из рис. 4.21, существенно изменяется. При рассмотренной структуре замкнутый кон­тур тока обладает етатизмом по управляющему воздействию и имеет коэффи­циент передачи &з, т=/ст//тз=&5;/(1-|-&2), т. е. точность поддержания заданного тока зависит от коэффициента Анализ показывает [106], что при ftP>T^30 в замкнутых САУ отклонение тока от заданного значения не превышает 8—10 % из-за изменения при разных скоростях вращения, т. е. при практических расчетах можно считать, что /т=/ш-

Используя условие /ms=const или Imr=const, по (4.102) и (4.103) можно рассчитать регулировочные характеристики асин­хронного электропривода в различных системах с обратной связью по току. Для иллюстрации на рис. 4.22 приведены механические ларактеристики асинхронного двигателя MTF111-6 при введении обратных связей по току. Отметим, что графики рис. 4.22,в под­тверждают известный вывод, следующий из (4.106): при поддер­жании постоянства тока ротора за счет изменения добавочного со­противления ротора обеспечивается постоянный момент двигате­ля, не зависящий от скольжения, т. е. в этом случае запуск дви­гателя происходит при т=const. Сравнение рис. 4.22,6 и в пока­зывает, что при постоянстве тока ротора, достигнутом разными способами (РПН или РДС), регулировочные механические ха­рактеристики существенно различаются между собой. Так, при введении в ротор добавочного сопротивления активная составляю­щая тока возрастает, приводя к увеличению момента по сравне­нию с РПН, хотя в обоих случаях значения 1тг одинаковы. Как показано в [6, 106], при использовании предложенных методик обеспечивается хорошая сходимость расчетных и эксперименталь­ных регулировочных характеристик.

Осциллограмма, иллюстрирующая запуск двигателя в системе с обратной связью по току, приведена на рис. 4.23.

Как видно из рис. 4.22,а, б, при поддержании постоянства тока путем регулирования переменного напряжения происходит сниже­ние пускового момента двигателя по сравнению с его значением на естественной характеристике. Поэтому при тсф0 минималь­ное задание на ток должно быть выбрано таким, чтобы момент на регулировочной характеристике при gf=0 был больше тс. Исполь-

Рис. 4.23. Эксперименталь­ная осциллограмма запуска в режиме холостого хода электродвигателя MTF111 -6 в замкнутой САУ с обрат­ной связью по току статора

(Ims3—1»2)

(4.107)

(4.108).

Таким образом, как показывает рассмотрение замкнутых САУ с ТОКОВЫМИ обратными СВЯЗЯМИ, обеспечение Imr=const за счет регулирования R2д позволяет реализовать пусковые режимы при постоянстве момента двигателя и регулировать момент двигателя в процессе пуска в широких пределах вплоть до тк. При реализации режимов с /r„s=const, Imr=const за счет регулирова­ния Um обеспечиваются плавность пуска, ограничение ускорений и рывков, однако возрастает время пуска и значительно снижа­ются моменты на регулировочных характеристиках, что требует согласования заданий на ток с параметрами электропривода.