курсач ЭП

С учетом (5.37) модуль задания тока I1.огр i3.1x 2 i3.1y 2 . Вне зависимо-

сти от соотношения на выходах регуляторов РП, РМ модуль полного тока

будет ограничен на уровне I1.огр .

Структурная схема рассмотренной системы векторного управления при ориентации потокосцепления ротора по оси x без учета перекрестных связей

приведена на рис. 5.27.

В каталожных данных электрических машин и преобразователей час-

тоты данные параметров технических характеристик приводятся в эффектив-

ных значениях переменных, поэтому структурная схема (рис. 5.27), предна-

значенная для расчета параметров регуляторов и переходных процессов,

представлена в эффективных значениях переменных. Так же считаем, что преобразователи частоты характеризуются коэффициентом передачи по на-

пряжению Кп и времени чистого запаздывания , равного периоду ШИМ ин-

вертора. Токи iA ,iB ,iC , а, следовательно, i1x ,i1y , измеряются безынерционными

датчиками тока.

Величины	ˆ	и	2 , определяемые в модели потока, точно воспроизво-
	M
		ˆ

дят электромагнитный момент М и потокосцепление ротора 2 в масштабах,

характеризующихся коэффициентами обратных связей по моменту KОМ и по-

токосцеплению KОП. Контур скорости имеет коэффициент обратной связи

KОС. Так как настройка контуров регулирования производится в линеаризо-

ванной системе, при таком уровне воздействия, что выходные величины ре-

гуляторов не достигают значения ограничений, блоки ограничения на струк-

турной схеме (рис. 5.27) не показаны. Опыт показывает [7], что стандартные настройки регуляторов, рассчитанные по линеаризованному описанию сис-

темы, обеспечивают удовлетворительную динамику системы, настроенной по принципам подчиненного регулирования при ограниченных выходных переменных регуляторов.

111

112

К2 р

2

U ЗП

WРП

WРТ.Х

КПе р

U1х

1/ R1

i1 х

L12

Т1 р 1

Т2 р 1

UОП

UОТ .1х

КОТ.Х

К ОП

К 2 R 2'

U ЗС

U

ЗМ

W

U3.1 у

КПе р

U1 у

1/ R

i1 у

Х

1

р

+ р

+ оэл

W

W

1

3р К

J

р

эл

РС

РМ

РТ.У

Т1 р 1

П

2

П

UОС

UОМ

UОТ .1 у

eк

М

с

КОТ.У

КОМ

Кос

Х

К2

Рис. 5.27. Структурная схема системы векторного управления АД при неучете перекрестных связей в эффективных

(действующих) значениях переменных.

Настройка контуров регулирования токов по осям х–у. Передаточная функция объекта регулирования контура тока статора по оси у запишется в виде

		Wор.у		К		е р
					П			.		(5.38)
			R1
				( T1 p 1)
При частоте ШИМ, равной fШИМ, значение времени чистого запаздыва-
ния составит τ	1	. В зоне частот, где Ω					1		, фазовая характеристика звена
	fШИМ						τ

чистого запаздывания близка к фазовой характеристике инерционного звена с постоянной времени [7]. Тогда передаточная функция объекта регулиро-

вания при отнесении к некомпенсируемой малой постоянной времени T ,

равной времени чистого запаздывания , примет вид

	Wор.у			К	П		,	(5.39)
			R1	( T p 1)	( T1 p 1)

где T = – малая некомпенсируемая постоянная времени контура.

При наличии в системе блока выделения ЭДС статора и компенсации ее влияния на ток i1 y и момент двигателя М, за счет введения компенсирую-

щей обратной связи (еА, еВ, еС) на входе задания напряжений ПЧ (UЗА, UЗВ, UЗС), в структурной схеме (рис. 5.27) обратной связью по еК, обусловленной скоростью вращения координатных осей х–у со скоростью 0 ЭЛ, можно пре-

небречь.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура регулирования тока i1 у , при настройке на ТО и выборе коэффициента демпфирования равно-

го 2, запишется в виде

1

Wраз.у		КОТ y		.
		2Т р ( Т
			р 1)

Тогда передаточная функция регулятора тока примет вид

	Wрт.у		Wраз.у		То.у р 1		,	(5.40)
			Wор.у		Т И .у р

113

Следовательно имеем ПИ-регулятор с параметрами
То.у Т1 ; Т И .у	2КП КОТ у Т	.	(5.41)
	R1
При оптимизации контура регулирования составляющей			i1 x в переда-

точной функции объекта регулирования необходимо учесть обратную связь по производной от потокосцепления ротора. Тогда передаточная функция объекта регулирования запишется в виде

Wор.х

КП

Т2 р 1

.

( Т

р 1)

К

L

2

(5.42)

R

T T p2

T

T

12

p 1

1

1

2

1

2

R1

Так как обычно T2

T1 ,

можно и в контуре регулирования тока i1x

применить регулятор с параметрами, как и в контуре тока i1 у

(5.40) при учете

значения КОТ х в (5.40, 5.41)

Wрт.х

Тох

р 1

,

(5.43)

Т И .х р

где Т =Т ; Т

2КП КОТ х Т

.

И .х

ох оу

R1

Настройка контура регулирования потокосцепления ротора.

Передаточная функция замкнутого внутреннего контура тока представ-

ляет собой колебательное звено с высокой степенью демпфирования. При выборе коэффициента демпфирования равного 2

1

1

Wзам.у

КОТ у

КОТ у

,

(5.44)

2Т

р ( Т

2Т 2

р2 2Т

р 1)

р 1

Расчеты и практика настройки регулируемых приводов показывают,

что в знаменателе (5.44) можно пренебречь коэффициентом (2T2 ) при p2, при этом передаточная функция замкнутого контура регулирования будет пред-

ставлена инерционным звеном

114

1

Wзам.у		КОТ у		,	(5.45)
		2Т р 1

Передаточная функция объекта регулирования потокосцепления ротора примет вид

1

	КОТ у					L12			(5.46)
Wор.п								.
	2Т		р 1		Т	2	р 1

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура регулирования потокосцепления при отнесении T П = 2T к некомпенсированной постоян-

ной времени и настройке на ТО при выборе коэффициента демпфирования равного 2 запишется в виде

1

Wраз.п		КОП		.	(5.47)
		4Т р ( 2Т
			р 1)

Передаточная функция регулятора потокосцепления

	Wрп	Wраз.п		Т2	р 1		,	(5.48)
		Wор.п		ТИ .п p

где ТИ .п 4КОП L12 Т . КОТ у

Регулятор потокосцепления ротора – ПИ-регулятор.

Настройка контура регулирования электромагнитного момента двига-

теля. Контур регулирования момента не содержит звена с большой постоян-

ной времени. В предположении, что в двигателе установлено номинальное потокосцепление ротора 2 Н передаточная функция объекта регулирования момента запишется в виде

1

Wор.м		КОТ у		3	рП К2	2 Н .	(5.49)
		2Т р 1 2

Если расчет ведется в эффективных значениях, передаточная функция объекта регулирования момента запишется в виде

115

1

Wор.м

КОТ у

3 рП К2

2 Н .

(5.50)

2Т р

1

Передаточная функция регулятора момента

Wр.м

Wор.м

1

,

Wраз.м

Т И p

4К

3

р

К

Т

где Т И

ом

2

П

2

2 Н

при

расчетах

в

амплитудных

значениях

КОТ у

переменных;

ТИ

4КОМ

3 рП К2 2Н

Т

при

расчетах

в

эффективных

значениях

КОТ у

переменных.

Настройка контура регулирования скорости.

Передаточная функция объекта регулирования скорости

1

Wор.с

КОМ

1

.

(5.51)

4Т

р 1

J р

Тогда при настройке на ТО

при

отнесении

к некомпенсируемой

Т .с

4Т и выборе коэффициента демпфирования равного 2, получим пере-

даточную функцию регулятора скорости

Wрс

Wраз.с

КРС

J КОМ

.

(5.52)

Wор.с

8КОС Т

таким образом необходимо использовать П-регулятор скорости.

Выражения статической механической характеристики в замкнутой системе получим на основании того, что в установившемся режиме работы электропривода напряжение на входе интегрального регулятора момента равно нулю, то есть

U зм Uом 0 , Uзс КОС КРС КОМ М .

116

Формула для расчета механической характеристики запишется в виде

										М	,
								оз.с		з.с
где			U зс			– скорость идеального холостого хода в замкнутой системе;
	оз.с		КОС
	зс			КОС КРС			– жесткость механической				характеристики в замкнутой
					КОМ

системе.

В случае постоянства потокосцепления ротора 2 2Н const струк-

турная схема упрощается (рис. 5.28). При наличии блока выделения ЭДС

(БВЭ) и компенсации влияния противо ЭДС АД в структурной схеме

(рис. 5.28) обратную связь по ек можно не учитывать (показана пунктиром).

117

2н

К2 R2'

U

ЗС

UЗМ

WРМ

U3.1 у

К

П е

р

U1 у

1 / R

3 рП К2 2н

1

WРС

WРТ .У

1

J р

рП

UОТ .1 у

Т1 р 1

i

UОМ

eк

1 у

М с

118

UОС

КОТ .У

КОМ

Кос

К2 2 н

р	+	оэл
+

Рис. 5.28. Структурная схема векторного управления АД при ψ2=ψ2н=const в эффективных значениях переменных

6. Прямое управление моментом асинхронного двигателя

Прямое управление моментов (Direct Torque Control – DTC) является продолжением и развитием векторного подхода к построению систем управ-

ления асинхронным двигателем [9].

Основной задачей прямого управления моментом является обеспечение быстрой реакции электромагнитного момента двигателя на управляющее воздействие. В отличие от векторного управления, где изменение момента производится путем воздействия на ток статора, который является управляе-

мой величиной, в системах DTC управляемой величиной является потокос-

цепление статора. Изменение потокосцепления статора достигается путем оптимального переключения ключей инвертора напряжения, от которого пи-

тается АД.

Уравнения напряжения цепи статора в неподвижной системе координат

α–β запишутся

	U1 i1 R1	d	1 ; U1 i1 R1	d	1 .	(6.1)
		dt		dt

Значение электромагнитного момента не зависит от выбора системы координат, в которой рассматриваются векторы 1 и 2 , и в неподвижной системе координат оно имеет вид

	М	3	рп	К1	1 2 1 2 .	(6.2)
		2		L
				2

Согласно векторной диаграмме (рис. 6.1), проекции векторов потокос-

цепления на оси α–β запишем через модули векторов и текущие значения уг-

лов поворота относительно оси α.

1 1 cos 1 ; 1 1 sin 1 ;

(6.3)

2 2 cos 2 ; 2 1 sin 2 .

119

1			1
		1
		2
	2
	2
		2	1

Рис. 6.1. Векторная диаграмма потокосцеплений статора и ротора Тогда выражение для момента запишется в виде

		3			К1
	М		рп					1		2	sin ,	(6.4)
		2			L
					2

где – угол между векторами потокосцепления статора и ротора, = 1 – 2.

Так как постоянная Т2 цепи ротора достаточно велика, то можно счи-

тать что на каждом шаге расчета модуль потокосцепления ротора остается неизменным 2 const . Поэтому воздействуя на пространственный вектор

напряжения на статоре U1				можно поддерживать постоянство модуля пото-
косцепления статора	1		,	тогда электромагнитный момент АД будет изме-

няться так быстро, как быстро изменяется угол . Изменение угла также

достигается воздействием на вектор напряжения U1 .

При анализе влияния напряжений на вектор потокосцепления 1 по-

ложим, что R1 0. Тогда уравнения электрического равновесия в цепи стато-

	ра (6.1) примут вид
	U1	d	1 , U1	d	1 .	(6.5)
		dt		dt

120