курсач ЭП

PC , где

На вход интегратора (И) поступает сигнал задания частоты. Этот сиг-

нал, в том же масштабе, что и скорость, должен быть равен U ЗС kOC 0 эл .

На входе интегратора выполняется равенство kОС 0 эл kOC pП U

UРС – напряжение на выходе регулятора скорости.

Для того, чтобы в установившемся режиме скорость двигателя была равна заданному значению, частота напряжения на выходе интегратора должна быть равна 0 эл рП р ,или kОС 0 эл kOC pП kOC p . Сле-

довательно, в замкнутой системе сигнал на выходе РС пропорционален ро-

торной ЭДС: U PC kOC p или абсолютному скольжению Sa kOC p 0 эл.н .

Интегратор (И) непрерывно вычисляет мгновенное значение угла 0 в

					k
	соответствии с выражением 0 t	0эл dt t				UЗС		dt .
	0			0			OC
	В установившемся режиме				U ЗС		t . Чем больше значение U			, тем
			0		kOC				ЗС

выше скорость задания изменения угла, т. е. тем больше скорость двигателя.

Каждый раз, когда угол достигает значения 2π, его значение обнуляется.

Выходной сигнал РС, пропорциональный частоте роторной ЭДС p

или абсолютному скольжению Sa , используется в качестве входных сигналов ФП1 и ФП2, формирующих амплитуду и фазу тока статора АД.

Реверс электропривода осуществляется изменением знака сигнала на входе РС. При этом изменяется знак сигнала на выходе интегратора, что вле-

чет за собой изменение порядка следования фаз на выходе ГСК.

При идеальном поддержании 2 const электромагнитная постоянная

Т Э в структурной схеме на рис. 5.8 а равна нулю. Однако, практически в свя-

зи с неточностями компенсации возможные проявления электромагнитной инерции следует учитывать некомпенсируемой постоянной Т Э (рис. 5.8 б).

81

				MC
UУЧ 2 К	0
				M
	ПЧ
pП

1

TM p

а)

UУЧ

MC

M

2

К ПЧ

1

0

Р

П

T p 1

TM p

Э

б)

Рис. 5.8. Структурные схемы ЧТУ АД при идеальном поддержании2 const(а) и при учете неполной компенсации (б)

5.2. Регулирование момента в системах частотного и частотно-

токового управления асинхронного электропривода

Так как момент АД нелинейно зависит от доступного для измерения тока статора, реализовать обратную связь по моменту с помощью обратной связи по току, как в электроприводе постоянного тока, в системах скалярного и полярного управления, не удается.

Поэтому от автоматического регулирования момента по отклонению отказываются и применяют компенсационный способ управления с исполь-

зованием положительной обратной связи по скорости, позволяющей устано-

вить зависимость момента от скорости [3].

Согласно рис. 5.9 уравнение для канала регулирования выходной угло-

вой частоты, задающей скорость АД имеет вид

0

2 kУЧ

UУЧ

2 kУЧ kРМ

U ЗМ

kПС ,

(5.13)

рП

рП

где k f1

– коэффициент передачи ПЧ по частоте; k

UОС .П

– коэф-

УЧ

UУЧ

ПС

фициент положительной обратной связи по скорости; kРМ – коэффициент усиления регулятора момента (РМ).

82

~

U1Н f1Н

UУН

ФП

ПЧ

РМ

U ЗМ

UУЧ

(ИН)

UОС .П

U1max КУН UУН

KПС

f1 KУН UУЧ

ДС

АД

а)

~

U1Н f1Н

ФП1

UУТ

ФП2

UУФ .Т

ПЧ

РМ

(ИТ)

UЗМ

UУЧ

UОС .П

I1max КУТ UУТ

KПС

1 КУФ.Т UУФ.Т

f1 KУЧ UУЧ

ДС

АД

б)

Рис. 5.9. Схемы регулирования момента в системе частотного (а) и частотно-токового (б) управления

83

const выражения для электромагнитного момента АД

При

2

М Т Э р 1 0

.

(5.14)

После подстановки (5.13) в (5.14) выражение примет вид

М Т р 1 U

k

k 2

k k

k 2

УЧ

РМ

УЧ

РМ ПС

(5.15)

Э

ЗМ

рП

рП

.

При критических параметрах положительной обратной связи по скорости

kПС.КР

р

П

kУЧ kРМ 2

(5.16)

устраняется зависимость момента АД от скорости, и уравнение (5.15)

принимает вид

М ТЭ р 1 kМ U ЗМ ,

(5.17)

где

kМ

k

k

2

– коэффициент момента АД;

рП2 22max

– жесткость

УЧ

РМ

рП

R'

2

механической характеристики АД при 2

const.

Решив (5.13) относительно U ЗМ , с учетом (5.16), получим

U

ЗМ

рП

0

рП

kS Sa ,

(5.18)

2 kУЧ k

2 kУЧ k

РМ

РМ

где

kS

рП

.

2 kУЧ k

РМ

Соотношение (5.18) свидетельствует о том, что в схемах (рис. 5.9) сиг-

нал задания момента пропорционален абсолютному скольжению двигателя

Sa , поэтому компенсационный способ регулирования момента называют управлением по абсолютному скольжению.

Механические характеристики f M , соответствующие (5.17) при

р=0 и предположении, что ПЧ обладает способностью рекуперировать энер-

гию в питающую сеть приведены на рис. 5.10 а.

84

		0 max U зм1
U зм3	1		4
			U зм 2
	2
			М			М	С
	0			КМ		М		1
U зм 2
			Т	Э	p 1		J		p
			U зм3			б)
U зм1
	0 max	3	5

а)

Рис. 5.10. Механические характеристики (а) и структурная схема (б) при компенсационном способе регулирования момента

Если ПЧ не обеспечивает рекуперации энергии, то во втором и четвер-

том квадрантах механические характеристики регулирования момента суще-

ствуют в узкой области, ограниченной осью абсцисс и характеристикой ди-

намического торможения.

При двухсторонней проводимости ПЧ и критической положительной связи по скорости обеспечивается астатическое регулирование момента в пределах ограниченных перегрузочной способностью АД при изменении скорости от характеристики 1, соответствующей 0 max const, до харак-

теристики 3, соответствующей противоположному направлению вращения0 0 max . Перегрузочная способность при 2 const ограничивается на-

сыщением магнитной цепи машины и допустимой величиной тока статора по условиям нагрева.

Уравнение (5.17) вместе с уравнением движения позволяют построить структурную схему (рис. 5.10 б) отражающую динамические свойства элек-

тропривода с компенсационным способом регулирования момента.

Как следует из структурной схемы, при скачкообразном задании мо-

мента он возрастает до заданного значения М З kМ U ЗМ по экспоненте через

85

3 4 Т Э . Далее, под действием постоянного момента при, М С	const, идет
равноускоренное движение до тех пор, пока частота f1 0 эл	не достигнет

максимального значения f1max 0 эл.max . При выборе параметров положитель-

ной обратной по скорости связи при kПС < kПС КР (характеристика 4) обеспе-

чивается статическое регулирование, при kПС > kПС КР характеристика 5 будет иметь положительную жесткость.

5.3.Тормозные режимы частотно-управляемых электроприводов

В частотно-регулируемых приводах используются в основном два спо-

соба торможения: рекуперативное с возвратом энергии в сеть и резисторное торможение с рассеянием энергии торможения в двигателе, инверторе, и до-

полнительном тормозном резисторе. При малых скоростях применяется так-

же динамическое торможение при подаче в обмотки статора АД постоянного тока от ПЧ.

Без дополнительных технических средств рекуперативное торможение можно реализовать только в двух функциональных схемах ПЧ–АД:

1.Преобразователь частоты с непосредственной связью–

асинхронный двигатель (ПЧНС–АД) – рис. 5.11 а.

2.Управляемый выпрямитель – автономный инвертор тока –

асинхронный двигатель (УВ–АИТ–АД) – рис. 5.11 б.

86

~

U 1н , f1н

СУ

ПЧНС	УРВ1			УРВ2		УРВ3
				А
			С	АД	В
				а)
УВ	Ф			И
	+		L
	(-) I	d
U1н , f1н
~							АД
	-		ДТ
					С1	С2	С3
	(+)
				б)

Рис. 5.11. Схема силовой части систем ПЧНС – АД (а), УВ–АИТ–АД (б)

В системах ПЧНС–АД, реализуемых при использовании в качестве ПЧ управляемых реверсивных выпрямителей (УРВ1, УРВ2, УРВ3) на основе нулевых (рис. 5.11 а) или мостовых схем выпрямления, режим рекуперативного

87

торможения осуществляется с помощью системы управления (СУ) преобразователем. В системе ПЧНС также обеспечивается обмен активной и реактивной мощностью между двигателем и сетью. В системе УВ–АИТ–АД (рис. 5.11 б) направление тока Id в звене постоянного тока не изменяется, а изменяется только полярность выходного напряжения УВ путем перевода выпрямителя в режим ведомого сетью инвертора (ВИ). Благодаря этому, создаются условия рекуперации энергии торможения в питающую сеть. Однако в настоящее время частотно–регулируемые электроприводы по системам ПЧНС–АД и УВ–АИТ–АД применяются в основном в мегаваттном диапазоне мощностей. Основной структурой современного частотно–регулируемого электропривода является структура: неуправляемый выпрямитель–фильтр– автономный инвертор напряжения с широтно–импульсной модуляцией– асинхронный двигатель (система НВ–АИН–АД) (рис. 5.12). По такой структуре создаются регулируемые электроприводы в диапазоне мощностей

1 500 кВт.

При наличии неуправляемого выпрямителя рекуперация энергии в сеть невозможна без наличия дополнительных устройств. Для рекуперации энергии встречно–параллельно НВ подключается инвертор ведомый сетью ВИ (показан контуром рис. 5.12). При торможении активная мощность передается в звено постоянного тока, а затем с помощью ВИ инвертируется в сеть переменного тока. В процессе рекуперации ВИ потребляет реактивную энергию, зависящую от угла управления тиристорами ВИ, что снижает коэффициент мощности электропривода.

Современное решение проблемы – использование в качестве звена постоянного тока активного выпрямителя напряжения (АВН) (рис. 5.12 б) [1]. Схема АВН идентична схеме автономного инвертора напряжения. Во входной цепи предусмотрены буферные реакторы (БР), падение напряжения на

которых от токов iA ,iB ,iC представляет собой разность мгновенных значе-

ний синусоидального напряжения сети и импульсного напряжения на зажимах переменного тока АВН, высшие гармоники которого определяются высокой частотой ШИМ АВН.

88

		Ф	УСЭ			И
	ВИ	L	7		1	3	5
~	НВ	Ud					АД
		С
			R		4	6
				I1			2
U1Н,
			Т
f1Н
						СУИ
					UA	UB	UC
					а)
			АВН			АИН
		1	3		5
	БР
~	iA					С	АД
	iB
	iC
U1Н, f1Н
		4	6		2

U1А

СУАВН

U1B

СУИ

U1C

UП А

UП B

UП C

б)

Рис. 5.12. Функциональные схемы систем НВ-АИН-АД(а), АВН-АИН-АД (б)

В отличие от управляющих сигналов (U1A, U1B, U1C) на входе системы управления инвертора, частота которых задает частоту напряжения на выхо-

89

де инвертора И, сигналы управления (UП.A, UП.B, UП.C) задают мновенные зна-

чения напряжения на входе АВН с частотой питающей сети.

В двигательном режиме, когда АД потребляет мощность из сети, АВН работает в режиме выпрямителя, роль которого выполняют обратные диоды,

а АИН в режиме инвертора. В режиме торможения АИН переходит в выпря-

мительный режим, а АВН работает в режиме инвертора, инвертируя напря-

жение на конденсаторе С. При этом ток протекает, в основном, через транзи-

сторы ключей АВН.

Применение широтно-импульсной модуляции позволяет получить

близкую к синусоидальной форму токов iA ,iB ,iC , потребляемых из сети.

Меняя начальную фазу сигнала управления, можно регулировать коэффици-

ент мощности преобразователя.

Рекуперативное торможение применяется в высокоинерционных элек-

троприводах, работающих в повторно-кратковременных режимах. Здесь за

счет возврата части энергии в сеть уменьшаются эксплуатационные расходы.

Согласно [7], в общем случае рекуперативное торможение оказывается выгодным при мощности АД большей 30 кВт. При меньшей мощности ис-

пользуется резисторное торможение (рис. 5.12 а), где энергия торможения,

превышающая потери энергии в двигателе и инверторе, рассеивается в тор-

мозном сопротивлении RТ, включаемом через коммутируемый транзистор

VT7 на шины звена постоянного тока.

При торможении кинетическая энергия, освобождаемая инерционными массами при снижении скорости, рассеивается в виде потерь в АД, АИН,

тормозном сопротивлении RТ и запасается на фильтрующем конденсаторе С.

tП

кон

tП

tT

tП

WK Мдин. dt

J d РАД dt PИ dt

RТ I12dt WC

,

(5.19)

0

нач

0

0

0

где W

C

U 2

U 2

– изменение электрической энергии в конденсаторе

C

2

нач

кон

фильтра С; J , – суммарный момент инерции электропривода и скорости

90