Система электропривода

В СИСТЕМАХ DTC

Фазные напряжения на выходе автономного инвертора - это сту­пенчатые функции, которые могут видоизменяться в зависимости от ал­горитма управления электронными ключами. Изменения возникают в том случае, если в цикле переключений возникают паузы. На рис.1.2 показа­ны кривые изменения фазных напряжений при отсутствии коммутацион­ных пауз в цикле работы автономного инвертора. Эти кривые полностью соответствуют той последовательности переключений, которая приведе­на в табл. 1.3.

Поскольку в дальнейшем все расчеты выполнены в системе от­носительных единиц, кривые на рис. 1.2, как и все последующие, постро­ены при частоте 1 Гц и при амплитуде постоянного напряжения на входе, равной 1. Для анализа пространственного положения результирующего вектора выходного напряжения целесообразно перейти из трехфазной системы координат в эквивалентную ортогональную двухфазную, также неподвижную в пространстве и жестко связанную с направлением век­тора напряжения фазы А, систему координат (а - (3). Это преобразование выполняется с помощью известных выражений:

и« = и.-1(иь + и„);

При симметричном характере изменения фазных напряжений си­стема уравнений (1.2) может быть преобразована к более простому виду. Благодаря этому при реализации системы управления можно обойтись без идентификации одного из фазных напряжений, например, напряже­ния фазы С. Преобразованная система уравнений выглядит следующим образом [17]:

На рис.1.3 показаны кривые изменения во времени составляющих напряжения Usa и Us(3, соответствующие фазным напряжениям рис. 1.2.

Годограф имеет форму правильного шестиугольника, вершины которого соответствуют установившимся положениям результирующе­го вектора напряжения в пространстве в периоды между коммутациями электронных ключей. Если в кривых фазных напряжений присутствует пауза между положительной и отрицательной полуволнами, характер из­менения положения результирующего вектора напряжения в простран-

стве изменяется в зависимости от продолжительности паузы

качественных изменений в годографе результирующего вектора напряжения не наблюдается, поскольку в кривых фазных напряжений со­храняется интервал одновременного включения трех электронных клю­чей. Просто длительность этого интервала сокращается. В качестве при­мера на рис.1.5 приведены кривые фазных напряжений при длительности паузы между полуволнами выходного напряжения автономного инверто­ра ДТ = 30 эл. град.

Для построения годографа результирующего вектора вы­ходного напряжения здесь также необходимо перейти из трехфаз­ной системы координат в эквивалентную двухфазную. Сделать это можно с помощью выражений (1.2, 1.3) или, если исключить из си­стемы уравнений (1.2) напряжение фазы А - с помощью выражений:

U** = “(Ub+Uc);

,2 (1-5)

На рис. 1.6 показаны кривые изменения во времени составля­ющих напряжения Usa и Us(3, соответствующие фазным напряжениям рис.1.5.

Кривая изменения составляющей напряжения Usa, по-прежнему- повторяет в масштабе кривую изменения напряжения фазы А на выходе автономного инвертора. В то же время, кривая изменения составляющей напряжения Us(3 существенно изменилась. В ней появились шесть ярко выраженных участков длительностью 30 эл. град. в каждой полуволне. Тем не менее годограф результирующего вектора напряжения на выходе автономного инвертора свой характер не поменял - рис. 1.7.

•2 •' О I 2

Рис.1.7 Годограф результирующего вектора напряжения на вы ходе инвертора при длительности паузы между полуволнами АТ = 30 эл. град.

Годограф сохраняет форму правильного шестиугольника и ориен­тирован в координатной плоскости (а - (3) так же, как и годограф, приве­денный на рис.1.4. Изменилась только амплитуда результирующего векто­ра напряжения.

Это объясняется тем, что при АТ > 60 эл. град, из алгоритма пере­ключения электронных ключей автономного инвертора исчезает интер­вал одновременного включения трех электронных ключей. На рис. 1.8 приведены кривые фазных напряжений при граничной длительности пау­зы между полуволнами выходного напряжения АТ = 60 эл. град.

Рис. 1.8. Фазные напряжения на выходе автономного инвертора при длительности паузы между полуволнами АТ = 60 эл. град. Кривые фазных напряжений представляют собой последователь­ность прямоугольных импульсов длительностью 120 эл. град., со сдвигом между фазами 120 эл. град. и с интервалами между импульсами прямой и обратной полуволн АТ = 60 эл. град. Такая форма выходного напряжения широко использовалась в тиристорных преобразователях частоты с ис­кусственной коммутацией второй половины прошлого века [7]. Составля­ющие напряжения в системе координат (а - (3) в этом случае имеют вид, представленный на рис. 1.9.

Сопоставление этих кривых с кривыми, представленными на рис.1.3, показывает, что фазовый сдвиг между составляющими напряже­ния Usa и Us(5 90 эл. град., естественно, сохраняется, но форма кривых как бы поменялась местами. Теперь прямоугольный импульс, повторяющий в масштабе кривую изменения напряжения фазы А, соответствует состав­ляющей напряжения USa, а составляющей напряжения Us(3 соответствует ступенчатая функция той же формы, которая присутствует в составляю­щей напряжения Usa при АТ = 0

Как видно из рис. 1.10, установившиеся положения результирую­щего вектора напряжения получили дополнительный фазовый сдвиг на угол 30 эл. град. Дальнейшее увеличение времени паузы между полувол­нами фазных напряжений не приводит к качественным изменениям в ха­рактере годографа вектора результирующего напряжения.

В качестве примера на рис. 1.11 приведены кривые фазных на­пряжений при длительности паузы между полуволнами выходного напря­жения автономного инвертора АТ = 75 эл. град. Теперь в них присутствует разрыв в каждой полуволне, так как коммутационные функции электрон­ных ключей оказались сдвинуты друг относительно друга более, чем на 60 эл. град. Такое состояние инвертора не характерно для систем прямого управления моментом. Тем не менее, для сохранения общности рассмо­трения вопроса об управлении автономным инвертором в системах DTC далее для этого случая приведены также графики составляющих напря­жения в осях (а - (3) - рис. 1.12 и годограф результирующего вектора на­пряжения - рис. 1.13.

Годограф результирующего вектора выходного напряжения авто­номного инвертора сохраняет форму звезды Давида и ориентирован в координатной плоскости (а - (3) так же, как и годограф, приведенный на рис.1.10, но с уменьшением амплитуды результирующего вектора напря­жения. В периоды пауз внутри полуволн составляющих напряжения Usa и Us(3 годограф обращается в ноль.

Таким образом, в системах прямого управления моментом частот­но-регулируемого электропривода переменного тока преобразователь частоты представляет собой дискретное звено, имеющее шесть устано­вившихся состояний и еще шесть промежуточных.

Поэтому при построе­нии системы DTC фазовую плоскость в системе координат (а - (3) условно разбивают на шесть фазовых секторов. Сектора нумеруют от 1 до 6 по направлению вращения вектора потокосцепления статора асинхронного двигателя. Фактически каждый сектор соответствует определенной ком­бинации включенных электронных ключей. Размер сектора составляет 60 эл. град. Распределение секторов на фазовой плоскости и соответствую­щие им векторные диаграммы напряжений показаны на рис.1.14 [31].