Принципы построения систем векторного частотно- токового управления АД

Скоростные и механические характеристики системы ТП-Д.

Скоростные хар-ки ДПТ НВ описываются уравнением:

Внешняя хар-ка ТП в режиме непрерывного тока:

Получено из схемы замещения ТП

В зоне прерывистых токов:

р –число пульсаций выпр. ЭДС.

При -имеет место гранично-непрерывный режим, для которого

при пренебрежении падения напряжения на активном сопротивлении питающей фазы. Механические и скоростные характеристики ТП-Д отличаются от внешних хар-ик преобразователя большим наклоном.

Принципы построения систем векторного частотно- токового управления АД

Система векторного управления асинхронным электроприводом в наиболее общем случае должна решать задачи регулирования и стабилизации момента и скорости двигателя.

Формирование момента АД в соответствии возможно за счет воздействий на абсолютные значения векторов потокосцеплений ,токов и фазовых сдвигов между ними. От того, какие вектора выбраны в качестве регулируемых будет зависеть принцип построения и техническая реализация системы управления электроприводом.

а) б)

Рис.7.1. Векторные диаграммы АД при ориентации по потокосцеплениям y_m (а) и y₂ (б)

Если воспользоваться уравнением , то в качестве регулируемых будут выбраны вектора и . Анализ рис. 7.1, а позволяет интерпретировать АД как эквивалентную машину постоянного тока. Если ротор АД сопоставить якорю двигателя постоянного тока (ДПТ), а статорные обмотки – обмоткам возбуждения ДПТ, то составляющая тока статора I_1х, синфазная потокосцеплению , может интерпретироваться как ток возбуждения ДПТ, составляющая I_1у – как ток его компенсационной обмотки, составляющая I_2у – как поперечная составляющая поля якоря ДПТ, составляющая I_2х – как размагничивающая продольная реакция якоря. Потокосцепление определяется током и, следовательно, в системе координат x, y, связанной с вектором потокосцепления , составляющие I_1у и I_2у равны и имеют разные знаки, а встречно направленные составляющие I_1х и I_2х определяют модуль потокосцепления

В приведенной интерпретации отличительные особенности АД от ДПТ в том, что на статоре АД нет отдельно эквивалентной обмотки возбуждения и компенсации поперечной реакции якоря (эти обмотки как бы совмещены), а ось х, связанная с потокосцеплением вращается относительно статора со скоростью . Эти особенности формирования момента определяют основные положения при технической реализации системы векторного управления. Так вектор может быть определен измерением с помощью датчиков Холла его составляющих Y_ma и Y_mb на неподвижные относительно статора оси a и b, как . При этом модуль потокосцепления , а угол между осями a, b неподвижной системы координат и осями x, y системы координат, вращающейся со скоростью j_0.эл = arc cos (Y _{m a} / êY _m ê). Составляющие вектора в системе координат a, b могут быть определены через токи фаз статора I _А, I _В, I _С как ; .

В системе координат x, y проекции вектора тока I _{1 a} и I _{1 b} определяются как

; . (7.1)

Они представляются сигналами постоянного тока и не зависят от частоты питания АД. Учитывая это, система векторного управления может строиться аналогично системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I _{1 x} тока статора определяет потокосцепление y _m АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I _{1 у} является моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).

Таким образом система векторного управления с опорным вектором потокосцепления y_m должна иметь два канала управления: канал управления модулем y_m и канал управления угловой скорости ротора АД. По аналогии с ДПТ канал управления скоростью должен содержать внутренний контур управления составляющей тока статора I_1у, эквивалентной току якоря ДПТ, и внешний контур управления угловой скоростью ротора. Канал управления модулем потокосцепления y_m должен содержать контур управления составляющей тока статора I_1x, эквивалентной току возбуждения ДПТ. На этот канал оказывает влияние и составляющая тока статора I _{1 у} в виде трансформаторных ЭДС, пропорциональных рассеяниям статора и ротора.

Важной особенностью системы управления с опорным вектором потокосцепления y _m является возможность его прямого измерения с помощью датчиков, установленных в воздушном зазоре АД. Подобные системы имеют более высокие показатели качества управления по сравнению с системами, где используется косвенный (расчетный) путь определения сигналов обратных связей.

При стабилизации потокосцепления ротора (при Y₂ =const) механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения. Поскольку теория и технические решения замкнутых систем управления электроприводом с ДПТ независимого возбуждения достаточно апробированы, то понятна привлекательность применения систем векторного управления с управлением по потоку ротора.

Векторная диаграмма токов и потокосцеплений АД при стабилизации потокосцепления ротора приведена на рис. 7.1, б. Здесь ось х совмещена с вектором . При этом ;

; I' _{2 х} = 0; I' _{2 у} = - Y₂ w _0н s_а / R'₂, т.е. в установившемся режиме вектор тока ротора перпендикулярен вектору , а составляющие тока статора ; ,

где - электромагнитная постоянная времени цепи ротора.

В двигательном режиме (s_a >0) вектор тока статора опережает вектор на угол .

При этом вектор тока ротора отстает от на угол 90 эл. град. и при Y₂ = const модуль тока ротора меняется пропорционально абсолютному скольжению.

Конец вектора скользит вдоль прямой 2, перпенд вектору (рис. 7.1, б). При этом составляющая I _{1 x} определяет потокосцепление Y₂, а I _{1 у} компенсирует влияние на него реакции ротора.

Результирующая составляющая токов статора и ротора по оси у создает составляющую потокосцепления . При этом конец вектора будет скользить по прямой 3, перпендикулярной вектору . Аналогично годограф вектора характеризуется прямой 4 (рис. 7.1, б).

В соответствии с уравнением системы электромагнитный момент АД определяется взаимодействием ортогональных составляющих потокосцепления ротора Y₂ = Y_{2 х} = L_m I _{1 x} и тока статора I _{1 y}. Таким образом, при стабилизации Y₂, как и при стабилизации Y _m, система векторного управления будет подобна системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I _{1 x} тока статора определяет потокосцепление Y₂ АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I _{1 у} является моментной составляющей тока статора (подобна току якоря ДПТ).