50. Векторное управление асинхронным эд
Для получения высокого качества управления ЭП в статических и динамических (переходных) режимах необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом ЭД.
Момент любого ЭД в каждый отрезок времени определяется величиной (амплитудой) и фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока (Ф и I). В АД токи и потокосцепления статора и ротора вращаются с разными скоростями, имеют изменяющиеся во времени фазовые параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Невозможно непосредственно управлять током, являющимся моментообразующим (током ротора) в АД с к.з. ротором. Доступной управляемой переменной в АД является ток статора Iст, через него воздействуют на ток ротора и магнитный поток. При этом ток статора раскладывают на две составляющие потокообразующую и моментообразующую. Фазовое соотношение между этими двумя параметрами изменяется с помощью внешнего управляющего устройства. Для управления моментом необходимо управлять амплитудой и фазой тока статора, чем и обусловлен термин «векторное управление».
Если
пренебречь потерями в ЭД , то
(1)
М – момент ЭД
U2 – индуцированное напряжение ротора
I2 – ток ротора
Чтобы
параметры ротора в выражении (1) выразить
через ток статора используем
модифицированную схему замещения.
Выберем коэффициент приведения
,
при этом Х2
= 0, а U2
= E2.
В этой схеме ток статора равен сумме двух токов I1М – моментообразующая составляющая и I1Ψ – потокообразующая составляющая.
-
приведенное индуктивное сопр-е статора
- приведенное
индуктивное сопр-е цепи намагничивания
-
приведенное сопр-е ротора
(2)
(3)
(4)
(5)
U2 = E2
Решая уравнения 1 – 5 получим
(6)
Получили зависимость М от двух ортогональных составляющих тока статора, из уравнения следует что изменяя вектор тока статора можно управлять моментом.
П
редставим
уравнения (1)-(6) на векторной диаграмме
Если
I1М
выразить через Е2
то получим: т.к.
Тогда
(7)
Решим
совместно (4) и (7):
(8)
Уравнение (8) – уравнение связи между I1М и I1Ψ.
Используя уравнение (8) можно определить γ через параметры ротора
Тр – постоянная времени ротора.
Каждому значению s и ω0 соответствует определенное соотношение составляющих тока статора.
Существует множество способов реализации векторного управления как на основе АИТ так и на основе АИН.
Схема векторного управления состоит из трех основных функциональных частей:
БРП – блок регуляторов переменных;
БВП – блок вычисления переменных;
БЗП – блок задания переменных;
На вход БРП поступают задающие сигналы скорости и потока, и сигналы обратной связи (с выхода БВП) – ориентированные по полю значения составляющих тока статора, потокосцепления ротора, и скорости. БРП содержит набор регуляторов потока, момента, тока, на выходе которых формируются также ориентированные по полю сигналы задания составляющих тока статора.
БЗП осуществляет фазовые и координатные преобразования задающих d – q переменных в систему трехфазных сигналов управления ШИМ АИН. Блок БВП вычисляет текущие значения амплитудных и фазовых параметров d – q переменных АД, осуществляя фазовые и координатные преобразования реальных трёхфазных сигналов токов и напряжений АД, поступающих с выходов соответствующих датчиков.
Координатные преобразования, осуществляемые блоком БВП, заключаются в переходе от реальных координат трёхфазной системы статора АД с осями d,q (преобразование 3 → 2). Блок БЗП осуществляет обратные координатные преобразования (2 → 3), от d-q к a,b,c.
Фазовые преобразования в этих блоках обеспечивают привязку фазовых параметров переменных в двух системах координат.
Существует два вида схем векторного управления:
1) безсенсорная (простая и надежная)
2) сенсорная (более точная но менее надежная) в ней используется датчик скорости ДС
Векторное управление позволяет практически в любой момент времени, при любом положении ротора относительно статора, при любой угловой скорости и нагрузке на машину, получить максимальный cos φ АД. Это, в свою очередь, ощутимо повышает К.П.Д и момент эл. машины, который, в данном случае, практически не зависит от угловой скорости двигателя.