3.5. Синтез системы регулирования

3.5.1. Расчет параметров двигателя

1. Номинальное скольжение

,

где -угловая скорость вращения поля, рад/с

- угловая скорость вращения ротора, рад/с

,

где - число пар полюсов

2. Критическое скольжение

,

3. Полное сопротивление короткого замыкания

где - фазное номинальное напряжение, В

-фазный номинальный ток, А

4. Активное сопротивление короткого замыкания

,

где cosφ – коэффициент мощности двигателя

5. Активное сопротивление обмотки статора

6. Активное сопротивление обмотки ротора

7. Реактивное сопротивление короткого замыкания

где m- число фаз

М_мах- максимальный момент двигателя, Н∙м

8. Реактивное сопротивление обмотки статора

9. Реактивное сопротивление обмотки ротора

10. Взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора

,

где I_он – ток холостого хода, А

I_он= 0,35∙I_н

I_он= 0,35∙77 =26,95А

11. Индуктивность рассеяния обмотки статора

,

12. Индуктивность рассеяния обмотки ротора

13. Собственная индуктивность обмотки статора

,

14. Собственная индуктивность обмотки ротора

15. Модуль вектора потокосцепления ротора номинальный

,

,

где К_с – коэффициент связи между трех и двухфазной системой; К_с=

16. Общее активное сопротивление цепей двигателя

17. Электромагнитная постоянная времени статора

11. Электромагнитная постоянная времени ротора

,

3.5.2. Расчет коэффициентов обратных связей

Коэффициент обратной связи по скорости:

где: - напряжение задания по скорости (в САУ), В

- номинальная угловая скорость, рад/с

Коэффициент обратной связи по току:

,

где: - напряжение задания по току (в САУ), В

- максимальный ток, А

,

где -перегрузочная способность по току

Коэффициент обратной связи по потоку:

, В/Вб

где: - напряжение задания по потоку (в САУ), В

- магнитный поток ротора, Вб

Коэффициент обратной связи по положению:

,

где U_з.s-напряжение задания по положению (в САУ), В

S_max – максимальное перемещение винтов, мм; табл.2.2

3.5.2. Синтез регуляторов

Динамические свойства ПЧ совместно с блоками измерения и преобразования координат могут быть учтены введением инерционного звена с передаточной функцией:

,

где K_п коэффициент передачи преобразователя; Т_μпостоянная времени преобразователя.

Передаточные функции, характеризующие динамические процессы в асинхронном электродвигателе при векторном управлении:

Структурная схема АД.

Строим упрощенную структурную схему электропривода, составленную на основе выше приведенных уравнений. Структурная схема системы электропривода переменного тока при векторном управлении аналогична структурной схеме системе электропривода постоянного тока при двухзонном регулировании скорости. Ввиду этого и система регулирования электроприводами выполняются аналогичными.

Упрощенная структурная схема системы электропривода переменного тока

при векторном управлении

рис.3.2

Синтез регуляторов тока:

Контуры активного и реактивного тока настроим на модульный оптимум.

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура тока:

,

где - коэффициент обратной связи по току, В/А

за малую некомпенсируемую постоянную времени примем постоянную времени преобразователя, равную 0,001 с.

Передаточная функция разомкнутого контура тока:

,

,

где - напряжение питающей сети, В

- напряжение САУ, В

Отсюда передаточная функция регуляторов тока:

,

,

Синтез регулятора потокосцепления:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура потокосцепления:

,

где -некомпенсируемая постоянная времени контура потокосцепления

Передаточная функция разомкнутого контура потокосцепления:

Отсюда передаточная функция регулятора потокосцепления:

Синтез регулятора скорости:

Желаемая передаточная функция разомкнутого контура скорости, настроенного на симметричный оптимум.

Передаточная функция разомкнутого контура скорости:

Синтез регулятора положения:

Принимаем к установке параболический регулятор. Выход регулятора:

,

где К_рп – коэффициент регулятора положения;

- рассогласование сигналов задания на перемещение и сигнала с датчика обратной связи, рад

,

Пояснения к функциональной схеме, изображенной на рис.3.3:

П1- определяет управление приводом в ручном режиме ( от КА ), либо в полуавтоматическом с пульта.

П2 – определяет раздельную работу левым или правым винтом.

П3 – замкнут – шунтировка «ноль органа» сработала защита « работа одним двигателем » управление совместное.

П4 – замкнут, П5 – разомкнут – совместное управление винтами.

П4 – разомкнут, П5– замкнут – остановка привода « ограничение хода винтов ».

П6 – совместное управление винтами от регулятора скорости первого винта.

П7 – ограничение хода винтов вниз – вверх.

На рис.3.4 изображена модель двигателя для вычисления параметров обратных связей.

На рис.3.5 изображена структура формирования флагов защит.

Реализовано две группы защит: быстродействующие, срабатывание которых мгновенно блокирует привод, сбрасывает флаг состояния «Готовность 1» , отключает силовое питание преобразователя, и медленнодействующие, мгновенно сбрасывающие флаг состояния «Готовность 2» при достижении порога перегрузки (перегрева) и блокирующие привод с выдержкой времени в случае, если нагрузка (температура) не снижается.

К 1 - ой группе защит относятся:

• максимально-токовая защита преобразователя;

• защита от превышения максимально допустимой температуры транзисторов;

• защита от недопустимых отклонений питающего напряжения;

• защиты от ошибок системы управления;

• защита от несоответствия скорости заданной;

• защита от превышения максимального уровня скорости.

Максимально-токовая защита инвертора – двухуровневая. Первый уровень срабатывания защиты выполняется программно, путем сравнения мгновенных значений тока в выходных фазах с максимально допустимым для установленного в преобразователе IGBT-модуля. Срабатывание первого уровня защиты диагностируется установкой флага X в строке состояния пульта ручного управления. Второй уровень защиты – контроль насыщения IGBT, выполняется аппаратными средствами драйвера при возникновении режима короткого замыкания выходных фаз между собой или на «землю». Диагностируется установкой флага O в строке состояния.

Защита от превышения максимально допустимой температуры кристаллов IGBT реализуется на основе динамической тепловой модели. Модель, работающая в масштабе реального времени, выполняет расчет статических и динамических потерь и мгновенных значений перегрева кристаллов каждого из IGBT-ключей инвертора относительно корпуса модуля. Входными переменными модели являются мгновенные значения токов выходных фаз, выпрямленного напряжения Udc, и температуры корпуса IGBT-модуля и сигналы управления, формируемые векторным модулятором. Срабатывание защиты при достижении расчетного значения температуры любого из IGBT предельно допустимой величины 125ºС диагностируется флагом W в строке состояния.

Защиты от недопустимого повышения и понижения напряжения выполняются по сигналу датчика в звене постоянного напряжения. Порог срабатывания защиты от понижения напряжения и обрыва фазы составляет -15% от номинального значения напряжения питающей сети. Срабатывание диагностируется соответственно флагами H и L.

Защиты от ошибок системы управления диагностируются следующими флагами:

- отклонение напряжений питания цепей управления сверх допустимых пределов - флагом P;

- сбой в процессорном ядре - флагом C;

- ошибка аналого-цифрового преобразователя - флагом A;

- ошибка энергонезависимой памяти - флагом M;

- ошибка тестирования датчиков тока - флагом S;

- ошибка тестирования датчика напряжения - флагом U;

- ошибка управления по сети (превышено время ожидания кадра) - флагом F;

- потеря сигнала токовой петли (I<4mA) - флагом N;

- неисправность (отсутствие) микросхемы часов реального времени - флагом Z;

- разряд батарейки питания микросхемы часов реального времени - флагом G.

Защита от несоответствия вычисленной и заданной скорости диагностируется установкой флага D. При превышении уровня максимально допустимой скорости устанавливается флаг E.

Ко 2 - ой группе защит относятся:

• температурная защита преобразователя;

• температурная защита двигателя;

• время-токовая защита двигателя.

Температурная защита преобразователя выполняется по сигналам датчиков, установленных в силовых модулях инвертора и выпрямителя, и настроена на максимально допустимую рабочую температуру. При достижении температуры корпуса любого из модулей 80ºС сбрасывается флаг «Готовность 2», в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ T. При температуре 85ºС привод блокируется, сбрасывается флаг «Готовность 1», отключается силовое питание преобразователя, в строке состояния отображается немигающий символ T. При достижении температурой двигателя порогового значения сбрасывается сигнал «Готовность 2», в строке состояния пульта ручного управления отображается мигающий символ Q. Если температура продолжает расти, то через время сбрасывается сигнал «Готовность1», в строке состояния отображается немигающий символ Q. Порог активизации защиты задается в процентах от номинального тока двигателя I ном. При достижении током установленного значения сбрасывается сигнал «Готовность 2» и отображается мигающий символ I. Если нагрузка не снижается, то преобразователь блокируется с выдержкой времени.

Разблокирование привода и сброс флагов защит выполняется входным логическим сигналом «Сброс защит» или отключением питания. Флаги срабатывания защит второй группы могут быть сброшены только при снижении температуры преобразователя (двигателя) до установленного значения или с выдержкой времени, эквивалентной остыванию двигателя после перегрузки.