Дементьев Ю.Н., Чернышев А.Ю., Чернышев И.А. Автоматизированный электропривод (учебное пособие)

Подождите немного. Документ загружается.

211

На рис. 6.52 приняты следующие обозначения физических вели-

чин:

ψ – сигнал задания потокосцепления ротора;

ω – сигнал задания скорости вращения электропривода;

ψ – сигнал, пропорциональный действительной составляющей пото-

косцепления ротора;

ψ – сигнал, пропорциональный мнимой составляющей потокосцеп-

ления ротора;

I – сигнал задания действительной составляющей тока обмотки ста-

тора;

yз

– сигнал задания мнимой составляющей тока обмотки статора;

– сигнал, пропорциональный действительной составляющей тока

статора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– сигнал, пропорциональный мнимой составляющей тока статора

асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

U – сигнал задания действительной составляющей напряжения обмо-

ток статора асинхронного двигателя во вращающейся системе коорди-

нат;

з1y

U – сигнал задания мнимой составляющей напряжения обмоток ста-

тора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– составляющая вектора напряжения обмотки статора, ориентиро-

ванная вдоль оси

вращающейся системы координат;

– составляющая вектора напряжения обмотки статора, ориентиро-

ванная вдоль оси

вращающейся системы координат;

I ,

I – токи фаз обмоток статора асинхронного двигателя;

U ,

U – напряжения фаз обмоток статора асинхронного двигате-

ля;

Схема содержит прямой (ПКП) и обратный (ОКП) координатные

преобразователи. Преобразователи координат необходимы для того, что

построение системы управления электроприводом переменного тока

возможно только во вращающейся системе координат, а токи и напря-

жения обмоток асинхронного двигателя – гармонические сигналы не-

подвижной трехфазной системы координат. Взаимный перевод из одной

системы координат в другую выполняют координатные преобразовате-

ли.

Регуляторами системы управления в соответствии с задающими

сигналами скорости

ω и потокосцепления

ψ и сигналами обратной

связи формируются сигналы управления во вращающейся системе ко-

212

ординат. В прямом координатном преобразователе управляющие сигна-

лы переводятся в сигналы ,

U ,

U неподвижной системы коорди-

нат, которые управляют инвертором.

Обратный координатный преобразователь сначала пересчитывает

мгновенные значения напряжений трехфазной системы координат A, B,

C в неподвижную систему координат

a, jb

 

111

1111

CBb

CBAa

UUU

UUUU

















(6.84)

Затем напряжения переводятся во вращающуюся систему коорди-

нат

x, jy

θsinθcos

UUU





, (6.85)

θcosθsin

111 bay

UUU







. (6.86)

По этим же формулам выполняется обратное преобразование для

расчета токов

Мгновенное значение пространственных углов поворота векторов

потокосцепления, тока и напряжения вычисляются на основании скоро-

сти вращения поля статора:





ωθ

. (6.87)

В современных электроприводах переменного тока потокосцеп-

ление ротора



вычисляется через уравнения динамической модели

асинхронного двигателя с помощью вычислителей потока различного

типа. Уравнение для расчета потокосцепления ротора



может быть

получено из решения системы уравнений, описывающих работу асин-

хронного двигателя в динамике во вращающейся системе координат [7]:

;ψωψψ

1xкс2

1yкс2









































 

;ψωωψψ

2кс1





















 

.ψω-ωψψ

2кс1





















(6.88)

где



– скорость вращения ротора.

213

ψ – составляющая вектора потокосцепления обмотки статора, ориен-

тированная вдоль оси

вращающейся системы координат;

ψ – составляющая вектора потокосцепления обмотки статора, ориен-

тированная вдоль оси

вращающейся системы координат;

– коэффициент рассеяния.

Вычислитель потока решает совместно систему уравнений (6.88)

относительно составляющих вектора потокосцепления ротора во вра-

щающейся системе координат при

π2ω f





, (6.89)

где

f – частота напряжения обмоток статора двигателя.

В бездатчиковых асинхронного электропривода с векторным

управлением информация о скорости вращения электродвигателя рас-

считывается вычислителем положения и скорости. В бездатчиковых

электроприводах вычисление скорости производится через легко изме-

ряемые напряжения на выходе инвертора, к которому подключен асин-

хронный двигатель и токи фаз статора двигателя.

В основу принципа построения систем бездатчикового векторного

управления положено математическое описание асинхронного двигате-

ля в неподвижной системе координат

[7]:

;





















































































(6.90)

bmbb

amaa

iLiL

2112

2111











Наличие скорости



в системе уравнений (6.90) позволяет опре-

делить ее значение через значения других переменных.

Если предположить, что составляющие потокосцепления ротора

ψ и

ψ в неподвижной системе координат известны, то можно опре-

делить его модуль и угол поворота

ψψψ

 , (6.91)

214















arctg

θ . (6.92)

Зная угол поворота

θ , можно легко вычислить синхронную ско-

рость вращения двигателя, взяв производную от (6.92)

arctgd



























ω . (6.93)

Производная от

arctg

может быть найдено в виде [23]





arctgd α

1α





 . (6.94)

Если

α  , тогда

















(6.95)

Угол поворота

вычисляется на основании скорости вращения

поля статора в соответствии с (6.87).

В тех случаях, когда бездатчиковые системы векторного управле-

ния асинхронными двигателями не позволяют обеспечить требуемый

диапазон регулирования скорости и качество переходных процессов

применяют системы векторного управления с датчиками скорости.

6.2.9. Система векторного управления асинхронным электропри-

водом с датчиком скорости

Для механизмов требующих диапазон регулирования скорости

1000



применяются системы векторного управления асинхронным

электроприводом с датчиком скорости. В настоящее время асинхронные

электродвигатели со встроенными датчиками скорости не выпускаются,

поэтому у потребителя возникают определенные трудности по установ-

ке датчиков непосредственно на вал двигателя. При установке датчика

скорости необходимо эксцентриситет и несоосность вала датчика и дви-

гателя свести к минимуму.

Функциональная схема системы электропривода с векторным

управлением асинхронным электроприводом с датчиком скорости при-

ведена на рис. 6.53.

215

Рис. 6.53. Функциональная схема системы электропривода с векторным

управлением асинхронным электроприводом с датчиком скорости

В приведенном на рис 6.53 варианте схемы питание двигателя

осуществляется от автономного инвертора напряжения со звеном по-

стоянного тока. Регуляторы потока, скорости и тока выполнены во вра-

щающейся системе координат, а система электропривода построена по

принципу подчиненного регулирования. Вычислитель потока определя-

ет текущее значение потокосцепления

ψ , решая систему уравнений

(6.88).

В настоящее время в электроприводах переменного тока исполь-

зуются импульсные (частотные) датчики скорости, частота импульсов

напряжения на выходе которых пропорциональна скорости вращения

двигателя









дс

f , (6.96)

где

z – число меток импульсного датчика скорости.

Вычислитель скорости определяет скорость непосредственным

счетом импульсов датчика скорости

из (6.96) на высокой скорости

вращения электропривода и по периоду на низкой скорости, заполняя

2з

Δψ

РП

1xз

ΔI

РТ

Δω

РC

1yз

ΔI

РТ

1xз

1yз

ПКП

yx,

ba,

CBA ,,

ПЧ

)АИН(



ОКП



UI ,

CBA ,,

ba,

yx,

потока

ьВычислител

положения

скорости и



ос

)(

0ψ



216

период

дсдс

1 fT



импульсами высокой частоты. Угол поворота

вы-

числяется на основании скорости вращения поля статора в соответствии

с (6.87).

Графики переходных процессов скорости, момента и потокосцеп-

ления при пуске асинхронного электропривода с векторным управлени-

ем приведены на рис.6.54.

Рис. 6.54. Графики переходных процессов скорости, момента и

потокосцепления при пуске асинхронного электропривода с век-

торным управлением

Как следует из анализа графиков, пуск асинхронного электропри-

вода происходит при постоянном потокосцеплении ротора. Кривые из-

менения скорости и момента аналогичны соответствующим характери-

стикам в двухконтурных электроприводах постоянного тока с подчи-

ненным регулированием.

Контрольные вопросы

1. С какой целью ограничивают ток и момент двигателя посто-

янного тока при пусках, торможениях, регулировании скорости?

2. Что такое обратная связь?

3. Поясните по функциональной схеме рис. 6.2 принцип действия

электропривода с токовой отсечкой.

4. Что представляет собой датчик тока в электроприводах посто-

янного тока?

5. За счет чего можно увеличить точность поддержания заданно-

го параметра в замкнутой системе регулирования?

6. Чем опасно перегулирование физической величины, например

тока, в переходных режимах?

7. С какой целью в электропривод вводят две отрицательные об-

ратные связи по скорости и току?



о.е.

100

150

ψ , ,

)(tf

)(ψ



)(tfМ 

217

8. Какие устройства в электроприводах служат датчиками скоро-

сти?

9. Почему системы подчиненного регулирования получили пре-

имущественное распространение в электроприводах?

10. Поясните по функциональной схеме рис. 6.20 принцип дейст-

вия электропривода, выполненного по принципу подчиненного регули-

рования.

11. В чем отличие систем с П- и ПИ-регуляторами ?

12. Поясните назначение фильтров в электроприводе. Каково на-

значение фильтра низких частот?

13. Объясните назначение регуляторов в электроприводе. С какой

целью в электропривод устанавливают П- или ПИ-регуляторы?

14. Поясните состав и принцип действия линеаризованной струк-

туры двигателя постоянного тока.

15. Какое запаздывание вносят в систему регулирования фильтры

и преобразователи?

16. В чем состоит проблема управления асинхронным электро-

приводом?

17. В чем состоит различие скалярного и векторного управления?

18. Какого диапазона регулирования можно добиться в различных

системах асинхронного электропривода?

19. За счет каких обратных связей возможно увеличение жестко-

сти механической характеристики асинхронного частотно-

регулируемого электропривода?

20. Дайте сравнительную оценку различным способам стабилиза-

ции скорости в асинхронном электроприводе.

21. Какие факторы ограничивают коэффициент положительной

обратной связи по току статора асинхронного двигателя?

22. Укажите достоинства и недостатки систем векторного управ-

ления асинхронным электроприводом без датчика скорости.

23. Укажите область применения асинхронных электроприводов с

фазовым регулированием скорости и отрицательной обратной связью по

скорости.

24. Поясните по функциональной схеме принцип действия асин-

хронного электропривода с фазовым регулированием скорости и отри-

цательной обратной связью по скорости.

25. Поясните состав и принцип действия линеаризованной модели

асинхронного двигателя рис. 6.29.

26. Какие законы скалярного частотного регулирования скорости

асинхронного электродвигателя применяются на практике?

27. Поясните принципы, положенные в основу частотного управ-

ления асинхронным электроприводом со скалярной IR–компенсацией.

218

28. Поясните принципы, положенные в основу частотного управ-

ления асинхронным электроприводом с векторной IR–компенсацией.

29. В чем отличие скалярной и векторной IR–компенсаций.

30. Поясните по функциональной схеме рис. 6.50 принцип дейст-

вия асинхронного электропривода с компенсацией момента и скольже-

ния.

31. Поясните назначение элементов на функциональной схеме

асинхронного электропривода с бездатчиковым векторным управлени-

ем.

32. Какую роль выполняет вычислитель скорости в системе элек-

тропривода с векторным управлением асинхронным двигателем и дат-

чиком скорости.

219

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Справочник по электрическим машинам: В 2 т. Под общ. ред.

И.П. Копылова, Б.К. Клокова.- М.: Энергоатомиздат, 1989.- 688 с.

2. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода:

Учебник для вузов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 576 с.

3. Башарин А.В., Голубев Ф.Н., Кепперман В.Г. Примеры расче-

тов автоматизированного электропривода. – Л., Энергия, 1971. – 440 с.

4. Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник / А.Э. Кравчик,

М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. М.: Энергоатомиздат.

1982.

5. Чернышев А.Ю., Ланграф С.В. Расчет параметров схемы заме-

щения асинхронного двигателя по каталожным данным. Современные

техники и технологии. СТТ 2001, том 2. Труды VII международной на-

учно-практической конференции. Томск: Изд. ТПУ, 2001.

6. Автоматизированный электропривод промышленных устано-

вок. Под ред. Г.Б. Онищенко.- М.:РАСХН-2001.-520с.

7. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов

переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты: –

Екатеринбург: УРО РАН, 2000. 654 с.

8. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических

машин: Учеб. Для вузов. - М.: Высш. шк., 2001.– 327 с.

9. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические про-

цессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. – Че-

боксары: Изд-во Чуваш.ун-та, 1998.- 172 с.

10. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование систем в

MATLAB 6.0: Учебное пособие. – СПб.: КОРОНА принт, 2001.– 320 с.

11. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхрон-

ных двигателей. Под. ред. Л.Г. Мамикоянца. – 4-е изд., переработ. и

доп. – М.: Энергоатомиздат. 1984. - 240 с.

12. Анисимов В.А., Горнов А.О., Москаленко В.В. Тиристорные

пусковые устройства в электроприводах переменного тока/ Привод и

управление. 2002. №1. с. 32-34.

13. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный

электропривод с фазовым управлением. – М. Энергия, 1972.- 200 с.

14. Усынин Ю.С. Системы управления электроприводов: Учеб.

пособие. – 2-е изд., испр. и доп. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2004. –

328 с.

15. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление

электроприводами: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат. Ле-

нингр. отд-ние, 1982.– 392 с.

220

16. Козлитин Л.С. Исследование асинхронного электропривода с

тиристорным регулятором напряжения в цепи статора. Автореферат

диссертации. МЭИ. М., 1968.

17. Браславский И.Я., Костылев А.В., Степанюк Д.П. Анализ

энергопотребления в управляемых переходных режимах систем ТПН-

АД. Электроприводы переменного тока: Труды международной трина-

дцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ-УПИ,

2005. с. 241-244.

18. Правила устройства электроустановок. Шестое издание с из-

менениями, исправлениями и дополнениями принятыми Главгосэнерго-

надзором РФ в период с 01.01.92 по01.01.99. –С.-П.: Издательство ДЕ-

АН. – 928с.

19. Москаленко В.В. Автоматизированный электропривод: Учеб-

ник для вузов. – М.: Энергоатомиздат; 1986. – 416 с.

20. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. – М.:

Энергоатомиздат; 1985. – 560 с.

21. Чернышев И.А., Чернышев А.Ю. Синтез параметров регулято-

ров системы тиристорный регулятор напряжения – асинхронный двига-

тель.– Электромеханические преобразователи энергии: Материалы ме-

ждународной науч.-техн.конф. 20-22 октября 2005г. Томск: ТПУ, 2005,

с. 237–240.

22. Вайнтруб О.Ш., Гендельман Б.Р. и др. Системы управления

электроприводами с синхронными двигателями с тиристорным возбуж-

дением и автоматическим регулированием возбуждения.– Автоматизи-

рованный электропривод: Материалы всесоюзной конференции по ав-

томатизированному электроприводу. М.: Энергия, 1980, с. 180–186.

23. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. Для научных ра-

ботников и инженеров. М.: Наука, 1974, 832 с.

24. Онищенко Г.Б., Аксенов М.И. и др. Автоматизированный

электропривод промышленных установок. – М.: РАСХН – 2001, 520 с.

25. www.electroprivod.ru

26. www.szma.com

27. www.schiebel.ru

28. www.e-privod.ru

29. www.elvpr.ru

30. www.mexanic.ru

31. www.speckomplect.ru

32. www.elprivod.ru

33. www.apparat.su