ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Замкнутые системы частотного управления

Как уже отмечалось ранее, под системами модульного частотного управления мы понимаем системы, обеспечивающие заданный етатизм и перегрузочную спо­собность асинхронного электропривода за счёт изменения частоты и напряжения питания АД. Во многих случаях эти требования реализуются разомкнутыми

системами посредством введе­ния определенной функцио­нальной зависимости между каналами управления выход­ной частотой и напряжением преобразователя частоты. Если же это невозможно, то исполь­зуют замкнутые системы управления с различными сиг­налами обратной связи (рис.

2.8). Таким сигналами могут быть ток и ЭДС статора (1{, Ех), основной магнит­ный поток АД (Ф), частота вращения (со) и частота ротора или абсолютное скольжение (Р).

Выбор сигнала обратной связи определяется множеством условий: характе­ром нагрузки, техническими требованиями к приводу, возможностью использова­ния сигналов, формируемых в других контурах управления. Создание обратной связи по магнитному потоку в зазоре требует установки датчиков Холла; по ЭДС статора - укладки измерительной обмотки (витков) в пазы статора. Сигналы абсо­лютного скольжения и частоты вращения требуют установки тахогенератора, что чаще всего оправдано только в случае необходимости использования обратной связи по скорости для получения заданного статизма механических характери­стик. Наиболее доступным сигналом для частотного управления является ток ста­тора, и именно он используется в большинстве приводов широкого применения.

В конечном счете, выбор сигнала управления создает некоторые особен­ности характеристик привода, не влияя на основные свойства, вытекающие из физических принципов преобразования энергии в АД. Рассмотрим их примени­тельно к частотному управлению.

Известно, что механические харак­теристики АД при постоянном значении напряжения статора существенно нели­нейны. Это связано с тем, что измене­ние нагрузки на валу вызывает измене­ние токов ротора и статора и связанных с ними магнитных потоков, создающих электромагнитный момент двигателя. Однако при питании от регулируемого источника можно создать такой закон изменения напряжения, при котором тот или иной магнитный поток машины бу­дет стабилизирован. Тогда механиче­ские характеристики двигателя изменят
свои параметры или даже обретут иной вид.

Запишем уравнения статора и ротора АД в статическом режиме и представим потокосцепления через основное потокосцепление и потокосцепления рассеяния

Ц = + >1^1 = кЯ + jfoWlcy + т = к {Г1 + Хт ) + Pl^m

О = hh / 5+ >1^2 =i2r2/s+ + >1 Vm

На рис. 2.9 а) представлена схема замещения, соответствующая этим уравне­ниям. Из нее следуют очевидные равенства

1) uad = u[-ilrl=jml щ

2) ubd = ul-ix(rx + jxxa) = j0)x\fm (2.10)

3) 4cd = >iV2 ~Щ~к[Г + Лхс + х2с)]

Пусть |v|/i| = i|/io = const. Тогда уравнение (2.10-1) для модулей можно пред­ставить в виде

I uad 1= Uad = y'Uad0 =| щ - ixrx |= colVl0 = acolHOMv|/10. (2.11)

Очевидно, что оно справедливо только, если относительное напряжение и

частота связаны между собой постоянным коэффициентом, т. е. у' = са. В этом случае стабилизация потокосцеления статора эквивалентна стабилизации напря­жения Uad = const или, что то же самое, подключению источника питания к точ­кам ad схемы замещения рис. 2.9 а). Этим устраняется или компенсируется влия­ние на электромагнитные процессы в АД падения напряжения на гх. Поэтому этот закон управления называется IR - компенсацией. Реализовать компенсацию можно введением положительной обратной связи по току статора.

Второй закон изменения напряжения в замкнутой системе можно получить полагая постоянным основной магнитный поток = v|JmQ = const. В этом случае

можно получить соотношения аналогичные (2.11), если в них заменить гх на zx= rx + jxXu и вместо у' ввести относительное напряжение у" = Uhd / иш. Этот за­кон управления соответствует компенсации импеданса статорной обмотки и на­зывается IZ-компенсацией. Очевидно, такой режим означает также стабилизацию ЭДС статора (Ubd = const), что позволяет получить характеристики АД исключе­нием гх и хХа из схемы замещения. Стабилизировать рабочий поток АД можно, используя сигналы тока или ЭДС статора, а также сигналы датчиков, измеряющих магнитный поток в зазоре. Можно также оценить поток, используя мгновенные значения напряжения и тока статора в соответствии с уравнением (2.10-2). Однако все реализации режима IZ-компенсации существенно сложнее и применяются в технически и экономически обоснованных случаях.

Механическую характеристику, соответствующую управлению с постоянным потоком ротора ||/21 = const о Ucd = const можно получить из (2.4), полагая скомпенсированными, т. е. равными нулю гх, хХ(У и х2и. Тогда

Щ z»u2cd

т. е. в этом случае характеристика становится линейной (рис. 2.9 б) и ограничива­ется только режимом насыщения магнитопровода.

Максимальные моменты всех характеристик определяются уровнем стабили­зированного напряжения в соответствующих точках схемы замещения. Если при­нять для рассмотренных законов приближенное равенство Ucd ~ Ubd ~ Uad = £/1ном, то механические характеристики будут иметь вид, представленный на рис 2.9 б).