курсач ЭП

АД; PАД, PИ – потери мощности в АД и И; I1 – ток в тормозном сопротив-

лении RТ; Mдин = M – MC – динамический момент.

На основании (5.19) можно рассчитать величину RТ.

~ C

U1н , f1н АВН

АИН1 АИНi АИНn

АД1 АДi АДn

Рис. 5.13. Функциональная схема рекуперации энергии в системе АВН-АИН-АД

В многодвигательных электроприводах АИН-АД с общим звеном по-

стоянного тока с АВН (рис. 5.13) торможение двигателей происходит не одновременно, поэтому энергия торможения одного из n двигателей переда-

ется в общее звено постоянного тока и потребляется другими двигателями,

работающими в двигательном режиме. В результате общее потребление энергии группового электропривода уменьшается.

5.4. Оптимизация контуров регулирования системы полярного

частотно-токового управления

Функциональная схема двухконтурной системы полярного частотно-

токового управления с поддержанием постоянства потокосцепления ротора

2 приведена на рис. 5.15. Во внутреннем контуре регулирования момента использован компенсационный способ регулирования (см. параграф 5.2). При критических параметрах положительной обратной связи К ПС.КР передаточ-

ная функция замкнутого контура регулирования момента

91

Wpм		М ( р )					Км			.
		U	зм	( р )			Т	р 1
							э

Тогда структурная схема контура регулирования скорости при после-

довательной коррекции примет вид (рис. 5.14).

					MС
UЗС	WРС	К м		M	1
		Т э	р 1		T	p
	UОС				M

KОС

Рис. 5.14. Структурная схема контура регулирования скорости Желаемая передаточная функция разомкнутого контура при настройке кон-

тура на ТО и отнесении TЭ к некомпенсируемой постоянной времени T примет вид

1

Wраз.с			Кос				,	(5.20)
	а Т		р	Т		р 1
	с

aC – коэффициент демпфирования контура регулирования.

Передаточная функция объекта регулирования

	Wор.с				КМ				,
			Т	М	р ( Т	Э	р 1)

		р2		2			J
где		П		2max	;T				.
			'
					М
			R
			2

92

93

											~
											U1н , f1н
		НЭ2
		Sа	UУФ .Т		РТA				U А
		НЭ1			РТB		+	еа
		Sа	UУА.Т						U В		ПЧ
					ГСК
											(ИН)
ЗИ						+
							е
	РС	РМ			РТC		в
U										UС
UЗС			U	УЧ
					+	ес
		+
										U А
t	UОС	UОС. П
										U В
						БВЭ
										UС
								i	а	ДТа
	KОС	KПС			iв
										iс	ДТс
						ДС					АД

Рис. 5.15. Функциональная схема двухконтурной системы полярного частотно-токового регулирования при ψ2 = const

Передаточная функция регулятора скорости

	WРС	Wраз.с	КРС		ТМ		.	(5.21)
		Wор.с			аC Т К	М КОС

Следовательно, имеем пропорциональный регулятор скорости с коэф-

фициентом усиления KРС.

Схема регулятора скорости при его реализации на операционном уси-

лителе приведена на рис. 5.16 а, его характеристики – на рис. 5.16 б. Так как выходное напряжение является сигналом задания момента, его необходимо ограничить, исходя из величины требуемого стопорного момента Mстоп.

U		зс	Rзс

Uос

Rос

VD

Rос.с

Uзм.max

U зм

Mстоп КМ .	(5.22)
	Uзм
	Uзм.
	max
	Uзс - Uос
	б)

а)

Рис. 5.16. Пропорциональный регулятор скорости (а) и его характеристика (б)

Выходное напряжение РС ограничивается с помощью стабилитрона

VD , напряжение пробоя которого равно Uзм max.

Коэффициент усиления регулятора скорости

К рс	Rос.с	.
	Rзс

94

Уравнение механической характеристики замкнутой по скорости сис-

темы электропривода можно получить на основании структурной схемы

(рис. 5.14).

				М ТЭ р 1 UЗС КОС ω КРС КМ ,						(5.23)
	при p = 0 получим уравнение статической механической характеристики
					0 ЗС			М	,	(5.24)
								ЗС
	где 0 ЗС	UЗС		– скорость идеального холостого хода в замкнутой системе;
		КОС
	ЗС КРС			КМ КОС	ТМ		– жесткость механической характеристики
					аC	Т
	в замкнутой системе.
	Следовательно, при настройке на ТО и aC = 2 жесткость механической
	характеристики в замкнутой системе зависит от соотношения									Т М	.
										2 Т

В малоинерционных электроприводах электромеханическая постоян-

ная времени TМ невелика и достичь высокой точности регулирования скоро-

сти в замкнутой системе не удается.

Астатическое регулирование скорости в установившихся режимах дос-

тигается при настройке контура регулирования скорости на симметричный оптимум.

Желаемая передаточная функция при настройке на СО имеет вид

Wраз.с

4Т

р 1

1Кос

.

(5.25)

4Т

р ( Т

р 1)

р 2Т

Передаточная функция объекта регулирования

Wор.с

КМ

.

Т

М

р ( Т

Э

р 1)

95

оз .с	Tм 2T ( зс	)
	Tм 2T ( зс )
	Tм 2T ( зс )
	М стоп
	М

Рис. 5.17. Механические характеристики в двухконтурной системе регулирования с пропорциональным регулятором скорости

Передаточная функция регулятора скорости

	WРС	Wраз.с		Т К	р 1		,	(5.26)
		Wор.с		Т	И р

где TK = 4T – постоянная времени обратной связи РС;

	8Т 2	К		К
Т И			м		ос	– постоянная интегрирования РС.
		Т м

Схема пропорционально-интегрального регулятора скорости при реа-

лизации на операционном усилителе и его характеристика представлены на

рис. 5.18.

U	Rзс
	зс
U	Rос
	ос

	VD	U зм
R		Сос .с
ос .с
		U зм

t

а)

б)

Рис. 5.18. Пропорционально-интегральный регулятор скорости (а) и его характеристика (б)

96

Постоянная времени цепи обратной связи РС

ТК Rос.с Сос.с ,

коэффициент усиления РС

КРС ТК Rос.с .

ТИ Rзс

Выражение механической характеристики электропривода с ПИ-

регулятором скорости

		М ТЭ	р 1 U зс Кос	ТК р 1		КМ .	(5.27)
				ТИ р
При p = 0 в установившемся режиме
			Uзс Кос 0 ,
тогда	U зс	const .					(5.28)
	Кос

Система при ПИ-регуляторе скорости будет астатической по нагрузке в

установившемся режиме работы электропривода (рис. 5.19).

					U зс 2
					U зс1 U зс 2
						U 0
М						М стопзс
		стоп
							М
						U зс 2

Рис. 5.19. Механические характеристики в двухконтурной системе с пропорционально-интегральным регулятором скорости

97

При настройке на СО имеет место значительное перерегулирование до

56% установившихся значений. Поэтому, когда важно повысить статическую точность регулирования при изменении нагрузки, проводят коррекцию реак-

ции системы на изменение управляющего воздействия путем введения на вход инерционного звена с передаточной функцией

	Wф	1		(5.29)
		4Т р 1

или устанавливают на входе задатчик интенсивности.

При наличии на входе инерционного звена (5.29), не изменяя точности по нагрузке, можно получить настройку с ПИ-регулятором скорости по управлению, соответствующую ТО.

5.5. Системы векторного управления в частотно-регулируемом

электроприводе при поддержании постоянства потокосцепления ротора

Системы векторного управления, называемые также системами с ори-

ентацией по полю, можно подразделить на системы с прямой и косвенной ориентацией.

К системам с прямой ориентацией по полю относятся системы, в кото-

рых осуществляется непосредственное измерение потока и системы, в кото-

рых поток рассчитывается на модели АД, так как это дает возможность так-

же, как и при непосредственном измерении потока, построить замкнутый контур его регулирования (рис. 5.20 а).

К системам с косвенным измерением относятся системы, в которых по-

ток не измеряется и не рассчитывается, а формируется путем задания других параметров (рис. 5.20 б). В системах векторного управления с прямой ориен-

тации по полю (рис. 5.20 а) АД получает питание от ПЧ, входными сигнала-

ми которого являются сигналы задания на токи по осям x,y – iЗ.1x и iЗ.1y.

В модели АД по истинным значениям токов i1x, i1y и скорости АД

рассчитываются значения электромагнитного момента M и потокосцепления

98

ˆ

(знаком ^ над символом помечены величины, определяемые в мо-

ротора 2

дели). Там же рассчитываются мгновенные значения угла поворота 0 вра-

щающейся системы координат x–y, относительно неподвижной – , которые

используется при координатных преобразованиях.

З .2

РП

i

3.1х

i1х

ДС

ˆ

2

i

АД

ПЧ

1 у

3

М 3

i

РС

РМ

3.1 у

ˆ

М

Модель

ˆ

0

АД

ˆ

2

а)

З.2

i

f

i

i

З.2

3.1 х

1 х

3.1х

i1 у

АД

ДС

ПЧ

i3.1 у

0

C1

C2

3

М

эл

РС

3

pП

i3.1 у

+

+

б)

Рис. 5.20. Структура электропривода с векторным управлением при прямой (с моделью двигателя) (а) и косвенной ориентацией (б)

Потокосцепление		2 сравнивается с заданным З .2 на входе регулятора
	ˆ
потока (РП), а момент		с сигналом задания момента MЗ на выходе регуля-
	M

тора скорости (РС). Контур регулирования момента внутренний по отноше-

нию к внешнему контуру регулирования скорости с регулятором РС.

99

Система с косвенной ориентацией по полю (рис. 5.20 б) не содержит узлов измерения или расчета потокосцепления ротора. Сигналы задания со-

ставляющих токов статора формируются на основании заданных значений потокосцепления З .2 и электромагнитного момента MЗ. При определении iЗ.1x

и iЗ.1y используется модель АД в виде структурной схемы с ориентацией 2

по оси x (рис. 5.20 б). Зависимость задания тока по оси x находится из выра-

жения

					i3.1x			3.2	T2 p 1
									L12			.
Значения коэффициентов C1						и C2
C1					1			;	С2			1
		2								К		R / .		(5.30)
					pП К2						2	2
		3

Структурная схема АД во вращающей системе координат x–y со скоро-

стью К = 0 ЭЛ содержит в качестве входных и выходных величин проекции пространственных векторов на оси x, y. Их величины являются величинами по-

стоянного тока, что позволяет строить систему управления асинхронным при-

водом также, как систему управления электроприводом постоянного тока.

5.5.1. Преобразование переменных величин из одной системы

координат в другую в системах векторного управления

В реальных системах электропривода с трехфазными АД напряжение и токи представляют собой трехфазные системы синусоидальных величин.

Преобразование величин из одной системы координат в другую рассмотрим на примере тока статора АД. В канале обратной связи в блоке фазных преоб-

разований ПЗ/2 осуществляется переход от трехфазной системы синусои-

дальных величин в осях А,В,С к двухфазной системе синусоидальных вели-

чин в осях – в соответствии с формулами (4.45).

100