Система управления частотным асинхронным синхронизированным электроприводом резюме

Одним
из известных направлений совершенствований электроприводов на базе ADFR является переводом двигателя в синхронный режим, получаемый в схеме, показанной на рисунке 1, для счета вращения поля статора и защиты постоянного тока по обмоткам ротора, втянутого в синхронизм [4, 6, 7, 8]. Питание ротора постоянным током, при условиях его регулирования, дает возможность реализовать управление величиной реактивной мощности, потребляемой статором двигателя из сети, что позволяет влиять на КПД и другие показали работу двигателя. Механические характеристики таких асинхронного синхронизированного двигателя являются «абсолютно простыми», что характерно для синхронного двигателя [7].
Обмотку статора АДФР, работающего в синхронизированном режиме, мойно питать, применение различных схем, например, ее можно подключить прямо в трехфазной сети, что характерно для схемы питания синхронной машины [9]. Давайте посмотрим на векторную диаграмму синхронной неавнополярной машины, приведенную на рисунке 2. Регулирование тока возбуждения приводит к изменению потребления реактивного тока, крутящего момента двигателя возрастет при увеличении угла загрузки й, область устойчивой работы ограничена значениями угла нагрузки в пределах от -90 до +90 градусов [10].
В системеx частотного управления, построенx на основе автономного инвертора тока, следует оценивать устойчивость всей системы в целом, так как при формировании мгновенные значения фазныx токов, отсутствует контроль за мгновенными значениями фазы напряжения статора, и при возникновении внезапных воздействий, устойчивость всей системы определяется не только величиной угла, но и реакией на возникающие возмущения. [11]. При построении векторных диаграмм (рис. 3) позволяющей вести анализ ведения синхронизированного электропривода, фиксируем позиционирование вектора тока статора в направлении вертикальной оси [12, 13].
Для обеспечения условий поддержания токасцепления двигателя на постоянном уровень, конец вектора намагничивающего тока должен находиться на округе, центр Которой расположен в начале вектора тока статора. В рассматриваемом наглядном случае на векторной диаграмме модулей токов статора и ротора приняты равными между собой. На основе теории косинусов, мойно выделить следующие особенности:
- площадь треугольника, две стороны которого образованы векторами токов, максимально под углом 90 градусов между ними;
- при тупом угле между векторами в случае уменьшения этого угла площади треугольника, образованного этими векторами, увеличивается;
- при остром угле между векторами, в случае уменьшения этого угла площади треугольника, образованного этими векторами, уменьшается.
Любое изменение - наброс или сброс нагрузки на значение двигателя приводит к изменению угла поворота вектора тока ротора относительно неподвижного вектора тока статора. Наброс нагрузки сопровождается снятием угла между векторами токов, сброс нагрузки - ростом угла между векторами токов [14,15].
На основе анализа векторных диаграмм (рис. 3) можно сделать следующее заключение: при постоянныx по величине токах статора I 1 и ротора I 2 , синхронизированный двигатель обладает устойчивостью только в текс режиме, где угол между векторами токов статора и ротора составляет величину, большую или равную 90 градусам. Посколку в номинальный режим угол между векторами токов статора и ротора оказывается меньше 90 градусов, для обеспечения устойчивости электропривода необxодима коррекция системы управления с введением дополнительного контура стабилизации угла нагрузки.
На рис. 4 показана функциональная синхронизированная частотная диаграмма. электровода, выполненного на базе автономного инвертора тока. Преобразователь частота, питающий обмотку статора, построен на основе стандартной схемы с нерегулируемым выпрямителем, конденсаторным фильтром С в звене постоянного тока и автономный инвертор на IGBT-транзисторе. Его особенностью является включение в силовую часть дополнительных элементов: ключевого транзистора VT7, шунтирующего диод VD1, необходимый для обеспечения защиты тока в крутящем моменте, когда ключевой транзистор VT7 заперт, реактор L. Обмотки ротора через диод VD2 включены последовательно между выпрямителем и инвертором в звено постоянного тока Преобразователь частоты. При изменении схемы силовой части преобразователя частотный автономный инвертор приобретает свойства инвертора тока.
Система управления 6 обрабатывает сигнал, поступающий от датчиков 4 напряжений и токов, а также датчик скорости 5, установленного на значение двигателя. Транзистор VT7 управляется стяжкой реле-регулятора, которая срабатывает на массу сравнения, заданного и действенного значения тока в выпрямленной цепи. Релейный Регулятор тока статора (рисунок 5) выполняет сравнение на выходе сумматоров заданных и действительных значений фазовых токов [16, 17]
Сигналы рассогласования определяются по формуле (1):
Где * я 1 А , я * 1 В , я * 1 С , я 1 А , я 1 В , я 1 С - заданные и действующие значения токов в фазах статора .
Сигналы рассогласования сравниваются с пороговым значением , и на выходе пряжка регулятора вырабатывается сигналом (2):
нечувствительности , определяющая точность и быстродействие реле регулятор. Сигналы с выходными регуляторами поступают в схему управления питанием транзисторами инвертор тока.
Блок-схема системы управления асинхронно-синхронизированной электроприводом, собранная в пакете прикладных программ Matlab Simulink, приведена на рисунке 6.
Особенности системы управления синхронными асинхронными двигателями является необходимостью контроля угла нагрузки [16,17], величина которой определяется в соответствие с формулой (3):
где О1 - частота статического напряжения; Оэль пн ; - частота ротора; р-н - число пар полюсов.
Для обеспечения стабильности работы систем в процессе пуска и смены нагрузки требуется корректировать частоту тока статора. Обеспечивается введением в система управления дополнительным контуром контроля и регулирования в заданном диапазон значений угла нагрузки . При установке угла регулировки контура необходимо руководствоваться следующими принципами:
- характер колебаний угла определяются механические параметры механизма;
- на величину статического импульса влияет среднее за период колебательных значений угла нагрузки; [18,19];
- для снятия амплитуды колебаний сигнала коррекции должен быть класс аварийная система.
Величина коэффициента к определяется требованиями быстроты регулирования угла . Чем больше, тем выше быстродействие системы, не снижается ее устойчивость. Для каждого механизма рекомендуется определить свой расчетный коэффициент. Постоянная время Т контура стабилизации угла нагрузки выбирается исходя из величины частотная система.
Значение Т должно быть немного больше этой частоты. Однако, слишком большим увеличение этого параметра приводит к снижению динамики переходного процесса. Сигналы задания фазовых токов с учетом коррекции частоты рассчитываются по формуле (4):
где 0 - выходной сигнал контура регулирования угла .
При питании статора синхронизированного двигателя от преобразователя частоты с АИН, ротор - из звена постоянного тока преобразователя частоты, в цепь звена Постоянного пряжки необходимо включать специальный транзисторный коммутатор.
Назначением его является преобразование постоянного напряжения с выхода неуправляемого выпрямителя в постоянном напряжении необходимой величины. восхождение коммутатор необходим для обеспечения стабильным напряжением статора и ротора синхронизированного электропривода, а также для компенсации падения напряжения, возникающего для счета подключенного в ЗПТ ротора. Схема такого стабилизатора напряжения представлены на рисунке 7.
Управление преобразователем постоянного напряжения возможно осуществлять, также использование релейного регулятора, принцип действия которого описан выше.