Асинхронные электроприводы с векторным управлением

Контур регулирования модулем вектора главного потокосцепления асинхронного двигателя

Структурная схема канала управления модулем главного потокосцепления представлена на рис. 2.2. Влияние составляю­щей тока статора вводится в виде сигналов:

<?i = — рш/,2 + 0„,o/s2;

e2 = ^LmpmIs2. (2.10)

Оценим долю этих сигналов в сигнале составляющей напря­жения статора Us в установившемся режиме:

I gg I________________________ LgsPdy I I,

ЯціцІ Us, I I Us, I ’

I ei 1 _ (I'm k I na1 (2.11)

aui I Usl I ~ * Air/*®) T^sTT'

Из выражений (2.11) видно, что эти составляющие пропор­циональны рассеяниям на обмотке статора и ротора и состав­ляют 2—4 % модуля напряжения статора.

Линейная часть канала управления модулем главного пото­косцепления Определяет динамику модуля главного потокосцеїЬ ления и составляющей тока статора /«і. Передаточные функций относительно составляющей напряжения Us имеют вид

rn +

a2s2 + a, s + 1 ’

I'l’olW— a2s2 + a, s + 1

где T{F =3“ Lr/Rr‘, Ttyp = LaslRr) й-і== {LsLr)l{aRsRrY, Qi= (Lr/Rr ~b ~~LS/R3)/<J‘, L, gs = osL, s L>ar = orLr.

Корни характеристического полинома вещественные —

1 / Rs. Rr . /1 ( Rs, Rr V

»'■*—I (тг+тг)±л/т (.<■ + ?)

Один из корней весьма мал — а второй близок к — (Rs/L's + Rr/L'r):

Ф+і)+'Ш/Ф+і>

2.2. Структурная схема канала управления модулем главного потокосцепления

двигателя

Постоянная времени, соответствующая минимальному кор­ню, существенно больше 7V:

Г, Rr (L'r/Rr + L's/Rs) Lr + Ls(Rr/Rs)

(2.13)

Поэтому простейшим решением при выборе структуры регуля­тора является применение пропорционального регулятора, так как практически в контуре имеется одна постоянная времени 7V Заметим, что второй корень определяет постоянную времени, близкую к значению 7V:

Т 2 oRr

(2.14)

V asLs(Rs/Ls+ Rr/Lr)

Сравнение постоянной времени форсирующего звена состав - ляющей тока /si дает

TJTn ~ 2; T2/TiF ~ ст/2.

Отсюда видим, что полоса пропускания для составляющей fst определяется малой постоянной времени Т2 и не менее чем на порядок больше полосы пропускания для модуля главного по­токосцепления.

Для оценки влияния перекрестных связей с каналом управ­ления угловой скоростью ротора приведем входные сигналы е и е2 в соответствие с выходными сигналами эквивалентных авеньев и получим

*Г' [(вАМ(У*г)«+Ч

a2s2 + ats + 1

Таким образом, влияние перекрестной связи может быть до­ведено до весьма малой величины применением фильтра. Ана­логично можно выбрать и параметры фильтра для компенса­ции ВЛИЯНИЯ Э. Д. с. Lm4>p)Is2-

Для получения астатизма в контуре главного потокосцеп­ления применим ПИ-регулятор с передаточной функцией

Wrp*(s) = (7,„s+l)/(rHs), (2.19)

где Тп = Ті — большая постоянная времени канала модуля по­токосцепления; T„ = 2TilkT. nk0.c..n{Lm/Rs). Настройки обеспе­чивают получение технического оптимума при условии, что вто­рая постоянная времени Т2 « T$f - Точная передаточная функ­ция имеет вид

117 k°- с - п (^Fs *)____________________ in_ nnv

*U (27-2s2 + 2V)(r2S+l) + (r^S+l) '

при T2 = T$E получается технический оптимум.

Применение ПИ-регулятора приводит к дополнительному подавлению помехи.

Значение помехи, соотнесенное с сигналом на выходе кон­тура регулирования, при наличии прямой компенсации и ПИ - регулятора

2Т Ь (Т s + П s3

61 ^1 <s)- (s)- <2-21>

Отношение передаточных функций (2.12) и (2.9)

в |*о |(«) 2у(у + 1)

|*0|(s) 2Г*52 +27^+1

показывает, что совместное применение прямой компенсации и ПИ-регулятора в канале управления модулем главного потоко­сцепления позволяет сделать этот канал независимым от на­грузки и значения угловой скорости ротора. Заметим, что пере­крестное влияние рассматривалось как возмущение, поэтому применение линейной теории дает совершенно точные резуль­таты.

Чрезвычайно важным, имеющим решающее значение требо­ванием является точное фазирование сигналов, пропорциональ­ных направляющим косинусам вектора главного потокосцепле­ния, с истинным положением волны магнитного поля в зазоре. Ошибка в определении истинного положения волны магнитного
поля, равная 5—10°, приводит, как показывают эксперименталь­ные исследования, к резкому ухудшению качества регулирова­ния и появлению автоколебаний.

Существо вопроса состоит в том, что при наличии рассогла­сования системы координат, используемой в системе управле­ния, и истинной, появляется сильная связь между каналами управления и дополнительные связи внутри каналов.

На рис. 2.4, а приведена векторная диаграмма, поясняющая влияние неточности определения опорной системы координат (/', 2'). Угол ошибки в определении истинной системы коорди­нат (1, 2) обозначен 6л, тогда векторы Os и 7S в этих системах координат будут представимы в виде

Usu, ?) = | I exp (ІЦц^У, v's(t,2} = °s exp [/Кф + бт])]; (222)

^u.2) = |4|ex

^(/.г) = К5|ехР[ДЧм> + бті)]

(символом со штрихом обозначен сигнал, поступающий в си­стему управления).

Сигналы обратной связи по истинный значениям вектора определяются равенствами:

hu, 2) = /.(/, 2) еХР б1!)’

Kl = 7*1 C0S бТ1 ~ [S2 Sin 6т1 ~ hi ~ h?. бТ1‘* (2>23)

4 = hi Sin 6Т1 + !s2 C0S бТ1 ~ hi 6Т1 + hr

Из формул видно, что сигналы обратных связей контуров со­держат линейные комбинации истинных значений составляющих вектора тока статора.

Выходные сигналы системы управления U'sl и U's2 в истинной системе координат определяют составляющие вектора напря­жения статора:

ил = илcos бті + u's2sin бті~ ил + ил бп; U* = ~ Usi sin + U* cos бі1 ~ ~ и'.х бт1 + U'sr

Таким образом, выходные сигналы системы управления воз­действуют перекрестным образом. Структурная схема системы при наличии ошибки по углу в определении опорной системы координат приведена на рис. 2.4,6. В канале регулирования модуля главного потокосцепления в цепи компенсации возни­кает сигнал обратной связи по составляющей тока/sl, зависящий
от угловой скорости ротора, проходящий через корректи­рующий фильтр 1^ki(s) с коэффициентом усиления, пропорцио­нальным ошибке по фазе бт]. Составляющая напряжения ста­тора Usi содержит сигнал, пропорциональный управляющему напряжению —US2, с коэффициентом усиления 6т). Так как для машины нормального исполнения i/si/t/s2 = 0,060,1, то при 6г] « 0,1 сигналы С/,1 и t/s2 бг] практически равны по значению

и система управления полностью расстраивает» ся. Ниже будут рассмот­рены средства борьбы с подобного рода возмуще­ниями, однако радикаль­ным решением является использование датчиков Холла, обеспечивающих прямое измерение состав­ляющих вектора главного потокосцепления, и три­гонометрических анали­заторов, нормирующих эти сигналы по амплиту­де и обеспечивающих си­нусоидальность сигналов направляющих косинусов с ошибками по фазе, не превышающими 1°.