ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Информационная часть систем трансвекторного управления

При построении систем трансвекторного управления в той или форме ис­пользуются математические модели АД, позволяющие создать независимые ка­налы управления продольной и поперечной составляющими тока статора.

Рассмотрим это вначале на примере токового управления, т. е. такой системы управления, которая формирует фазные токи статора. Для упрощения выраже­ний ограничимся двухфазным представлением машины, т. к. отличие его от трехфазного заключается в несущественном для нашей задачи преобразовании числа фаз умножением на постоянные коэффициенты.

Из выражения (2.16) для электромагнитного момента АД управляемого то­ком статора следует, что регулирование может осуществляться двумя сигналами: потокосцеплением i|j2d, а также частотой ротора со2 или поперечной составляю­щей тока статора iXq. Остановимся вначале на системе с управляющими сигнала­ми i|J2d и со2. Внутри АД (рис. 2.19) продольная ixd и поперечная iXq составляю­щие формируются из синусоидальных фазных токов iXa и ijp переходом к син­хронной системе координат с помощью ротатора е7'и'. Поэтому, если в устрой­стве управления (УУ) осуществить обратное преобразование e'!i' и реализовать уравнения (2.14), связывающие составляющие тока ild и i](/ с потокосцеплением

Информационная часть систем трансвекторного управления

Рис. 2.20 Устройство управления с поперечной составляющей тока в качестве входного сигнала

координат (РК), т. к. он формирует сигналы, соответствующе независимым (раз­вязанным, разделённым) проекциям вектора тока статора.

Если в качестве входных сигналов уст­ройства управления использовать цj2d и ilq,

то структура УУ будет иметь вид рис. 2.20 По структурной схеме рис. 2.19 нетруд­но проследить, что передаточная функция блоков, включенных между точками схемы соответствующим сигналам потокосцепле­ния и частоты ротора равна единице

(М72d = Чh<i' ю2 = ^г)’ т-е - устройство управ­ления по существу является частью модели двигателя с обратными передаточными функциями. Поэтому при отсутствии погрешностей в определении параметров АД структура рис. 2.19 полностью идентична структуре рис. 2.21 а. Передаточ­ная функция устройства рис. 2.21 а) по моменту соответствует безинерционному звену, а по скорости вращения - интегрирующему

т{р) _3zpVL _ h. O(jo) _ 1

ю2(р)

2 г,

ю2Ы Ттр

где Т =

= J/h - механическая постоянная времени, ah - жесткость ме­

ханической характеристики (2.17). При использовании в качестве входного сиг­нала поперечной составляющей тока эквивалентная схема системы трансвектор­ного управления имеет вид рис. 2.21 б).

Информационная часть систем трансвекторного управления

Рис. 2.21. Эквивалентные структурные схемы АД при трансвекторном управлении различными входными сигналами.

В статическом режиме АД в этой

системе имеет абсолютно мягкую механи­ческую характеристику и для получения характеристик, соответствующих выраже­ниям (2.17)-(2.18), требуется обратная связь по скорости вращения.

Следует отметить, что УУ рис. 2.19 мо­жет выполнять свои функции только при ус­ловии, что параметры АД, входящие в пере­даточные функции его звеньев соответству­ют истинным значениям, в противном слу­чае возникает рассогласование систем коор­динат двигателя и устройства управления, приводящее к потере работоспособно­сти привода. Это обстоятельство создает значительные трудности при реализа­ции систем векторного управления на практике, т. к. параметры АД изменяются в
процессе работы. В особенности это относится к значениям активных сопротив­лений.

Система управления на рис. 2.19 предполагает формирование токов в об­мотках статора, т. е. питание двигателя от источника электрической энергии, об­ладающего свойствами источника тока. Однако на практике возможно использо­вание источников ЭДС или напряжения. В этом случае принцип построения сис­темы управления остается прежним, но в ней используются уравнения модели АД, управляемого напряжением статора. Собственно, это касается только блока развязки координат. При выборе для УУ тех же входных сигналов (v|f2d и со2),

преобразуем уравнения проекций напряжения статора (2.21) к виду

Информационная часть систем трансвекторного управления

Очевидно, что реализация этих функций затруднительна и на практике ошибки выполнения математических операций и отклонения параметров АД от значений включенных в передаточные функции звеньев приведут к полной нера­ботоспособности устройства. Облегчить задачу можно, если учесть, что ротор АД обладает очень большой электромагнитной постоянной времени и его пото­косцепление может изменяться только относительно медленно, т. е. d\f2d/ dt~ 0 . Тогда уравнения (2.22) преобразуются к виду

= V2^(!- Т2Т^2)Ит: ulq = ^2drl[Tl(0l + T2{l+T;p)m2]/Lm

Информационная часть систем трансвекторного управления

Рис. 2.22. Структурная схема устройства управления напряжением

Структурная схема устройства управления, в котором реализованы эти функции приведена на рис.

2.22. Оно существенно сложнее, чем устройство управления для системы с формированием тока стато­ра АД (см. рис. 2.19). Кроме того, в нем использованы приближенные выражения, вносящие ошибку в дина­мических режимах. Поэто­му системы управления с формированием напряжения статора применяются ред­ко.

Выбор частоты ротора со2 в качестве входного сигнала УУ не является обя­зательным. Часто трансвекторные системы строятся с использованием попереч­ной составляющей тока статора ilq вместо со2. Функциональная схема одной из

первых эффективных реализаций такого устройства, применяемых в различных вариантах до настоящего времени, показана на рис. 2.23.

Это справедливо только для синхронной системы координат.

Информационная часть систем трансвекторного управления

Здесь трехфазный АД питается от преобразователя частоты, обладающего свойствами источника напряжения. В рабочем зазоре двигателя размещены дат­чики Холла, с помощью которых измеряются ортогональные составляющие ос­новного магнитного потока и ц/^. В двух фазах статора установлены также

датчики тока, сигналы которых ila, ilb затем преобразуются (3/2) в ортогональ­ные проекции вектора тока статора в неподвижной системе координат.

С помощью полученных проекций векторов тока статора и потокосцеп­ления в зазоре в блоке преобразования потока (ПП) вычисляется потокос­цепление ротора в неподвижной системе координат в соответствии с выражени­ем

ч4“р) =v«p>y—^“wAo =>ч'2« = ч'дП^“-4аАо:ч'гр = ч'дР^“-4рАа-

т т т

Затем с помощью так называемого вектор-фильтра (ВФ) (рис. 2.24 а) вычис­ляются модуль потокосцепления ротора ||/21 = +^2р и тригонометрические

функции, определяющие текущее положение синхронной системы координат в пространстве - cosS1 = vj/2a/|j/21; sinS1 = vj/2p/|ц/2|. Таким образом, с помощью

описанных блоков формируются сигналы, обеспечивающие переход от непод­вижной системы координат к синхронной и наоборот. Последним этапом преоб­разования величин, полученных измерением (истинных величин), является вы­числение продольной и поперечной составляющих тока статора ild и iXq с помо­щью ротатора (ар/dq). Структура ротатора показана на рис. 2.24 б). Изменение знака синусной функции приводит к изменению направления вращения, т. е. пре­образование а(3/dq изменяется на противоположное dqlар.

Система управления рис. 2.23 имеет два независимых внешних контура об­ратных связей: по скорости вращения и по потокосцеплению ротора и два под­чиненных контура по составляющим тока статора, образующим вместе отрица­тельную связь по вектору тока. Информация о частоте вращения поступает с

выхода датчика скорости (ДС).

Информационная часть систем трансвекторного управления

Информационная часть систем трансвекторного управления

Рис. 2.24. Структурные схемы вектор-фильтра (а) и ротатора (б).

После вычитания из сигнала зада­ния со*, полученный сигнал ошибки подается на регулятор скорости (PC), на выходе которо­го формируется сигнал задания момента т, а затем, после деле­ния на величину модуля |ц/2|, сиг­нал задания поперечной состав­ляющей тока статора ilq. Стаби­лизация потокосцепления осуществляется с помощью регулятора потока (РП), формирующего сигнал задания продольной составляющей тока статора ild. Пре­образователь частоты (ПЧ), питающий статор АД, управляется сигналами зада­ния фазных напряжений u[abc)*, но, будучи охваченным отрицательной обратной

связью по току статора, работает в режиме источника тока.

Блок развязки координат (БР) можно построить на основе уравнений модели АД, управляемого напряжением (2.22). В них можно положить d\i2d/dt& 0 и

C0j ^со. Тогда, с учетом того, что цJ2d = |v|/2|; udQ =ild uqQ =ilq, уравнения БР бу­дут иметь ВИД

qrf = *wi(i+А'

% = VI (1+ Щ + +4^2 1*2

представленный в виде структурной схемы на рис. 2.24.

Информационная часть систем трансвекторного управления

Рис. 2.25. Структурная схема блока развязки координат.

Полученный на выходе БР вектор задан­ного напряжения статора u[dq)*, преобразуется далее ротатором dqt а(3 в неподвижную сис­тему координат ц(сф) а затем разделяется на фазные проекции u[abc) которые являются сигналами управления для ПЧ.

В системе трансвекторного управления рис. 2.23 в качестве входных сигналов исполь­зовались фазные токи и ЭДС датчиков Холла, измеряющих магнитный поток в зазоре АД. При использовании достаточно мощного про­цессора для обработки информации можно отказаться от датчиков магнитного потока и вычислять потокосцепление ротора, пользуясь уравнениями статора и потокос - цеплений в неподвижной системе координат

= ц - VI>г = (V|Zj - ipL /k^lкг (2.23)

dt

kx = LJД; к2 = LmlL2 g = 1 - кхк2 - соответственно коэффициенты электро­магнитной связи статора и ротора и коэффициент рассеяния. В результате потокосцепление ротора будет определяться по мгновенным значениям напряжения и тока статора так, как это показано на структурной схеме рис. 2.26.

і пі

1 Ч"1а ^

-р —

Рис. 2.26. Структурная схема устройства идентификации потокосцепления ротора.

Информационная часть систем трансвекторного управления

V2c

ML

В системах трансвекторного управления предназначенных для широкого применения обычно не используют датчиков скорости, т. к. её также можно вычислить по легко наблюдаемым фазным напряжениям и токам статора

И далее, разделяя проекции векторов -

Информационная часть систем трансвекторного управления

Ч>га(1+ТгР)+Ц>2^Тг=а1ш

Уг^1 + ТгР)-Уго&Тг=к$1т Для вычисления со можно использовать любое из двух уравнений, но в первом из них ток статора представлен ос - проекцией, т. е. истинным значением тока в фазе a. Поэтому для уменьшения погрешно-

^ой^а^датафикадии3 сти лУчше этой Иели выбрать его - частоты вращения АД. ш = ^ (1 + Тг р)/у г? Т2

Таким образом, используя проекции вектора тока статора и полученные с помощью выражений (2.23) проекции потокосцепления ротора, можно опреде­лить угловую частоту вращения ротора АД.

В устройствах управления всех рассмотренных выше трансвекторных сис­тем обработка информации производится в ортогональных системах координат. Однако большинство АД имеют трехфазные обмотки статора и сигналы, форми­рующие токи или напряжения в них, должны быть представлены в трехфазных координатах. Соответственно и измеряемые значения фазных токов и/или на­пряжений перед обработкой информации должны быть преобразованы в ортого­нальную систему координат. Эти преобразования представляют собой элемен­тарные арифметические операции никоим образом не влияющие на процессы в системе. Поэтому во многих задачах анализа они могут быть опущены, но в ре­альных устройствах преобразователи числа фаз в программном или аппаратном виде присутствуют. Их также нужно включать в модель АД, если исследуются
процессы в системе совместно с преобразователем частоты или усилителем мощности.

ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Частотник электродвигателя как главный компонент системы управления

Современные системы кондиционирования, водоснабжения, различное станковое и компрессорное оборудование использует в своей работе асинхронные электродвигатели. Для их управления применяется специальные устройства - частотные преобразователи, которые преобразуют сетевой трехфазный или однофазный …

Подключение частотного преобразователя

Цены на преобразователи частоты(12.11.14г.): Модель Мощность Цена CFM110 0.25кВт 1500грн CFM110 0.37кВт 1600грн CFM210 1,0 кВт 2200грн CFM210 1,5 кВт 2400грн CFM210 2,2 кВт 2900грн CFM210 3,3 кВт 3400грн Контакты …

Применения

В настоящее время большинство технологических задач решается на основе комплектных асинхронных электроприводов с частотным управлением. Сегодня все ведущие отечественные и зарубежные фирмы, работающие в области сило­вой электроники выпускают изделия, предназначенные …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua