1.3.1. Описание электропривода с разомкнутой системой регулирования при питании двигателя преобразователя частоты со звеном постоянного тока

Рис.11. Окно выбора параметров инвертора

На рис.10 представлена модель нерегулируемого привода, в котором двигатель получает питание от преобразователя частоты со звеном постоянного тока в виде неуправляемого выпрямителя. Выпрямитель в свою очередь питается от сети (в модели – от программируемого трехфазного источника напряжения). Вы-прямленное напряжение через звено постоянного тока поступает на вход автономного инвертора напряжения. В звене постоянного тока установлен L-C фильтр. Тормозной резистор на схеме не показан.

Блок широтно-импульсной модуляции (ШИМ), выполнен, как показано на рис. 4.7 в [Л1].. Управляющие напряжения сравниваются с пилообразным опорным напряжением. Результаты этого сравнения с помощью релейных блоков преобразуются в импульсы меняющейся ширины. Эти импульсы подаются на импульсный вход G модели инвертора.

В окне рис.11 могут быть выбраны следующие параметры инвертора

-число плеч моста (1, 2, 3);

- сопротивление Rs резистора демпфирующей цепи;

- емкость Cs конденсатора демпфирующей цепи;

- вид полупроводникового элемента силовой электроники;

- Ron, Con внутренние сопротивлние и индуктивность, которые в большинстве случаев могут быть приняты равными нулю;

- предварительно установленное напряжение;

- подключение к мультиметру.

В модели предусмотрено измерение линейного напряжения на статоре двигателя и фазного статорного тока с помощью измерителей мгновенных значений напряжения и тока. Эти значения позволяют рассчитать проекции векторов напряжения и тока статора на оси неподвижной системы координат и модули векторов, воспользовавшись формулами (6.14), записанными в [Л1] для токов:

Поскольку в модели измеряются линейные напряжения, формулы для проекций напряжений надо изменить с учетом выражений, связывающих фазные напряжения с линейными:

После подстановки этих выражений в формулы для напряжений получается:

Поскольку схема описана в неподвижной системе координат, управляющим сигналом является трехфазная система напряжений переменного тока, частоту и амплитуду которых можно менять, чтобы менять частоту и амплитуду на выходе автономного инвертора. В модели с этой целью может быть использована схема узла формирования трехфазного сигнала задания, показанная на рис.12. На вход узла подается значение круговой частоты . Удобно подать её положительное номинальное значение, которое на рис.12 равно 314 рад/с (f = 50 Гц). Предусмотрено второе, отрицательное, значение, которое подается через некоторое время. Оно складывается с первым значением, что позволяет моделировать уменьшение скорости или реверс двигателя. Меняя коэффициент К1 при К2, равном единице, можно одновременно в заданной пропорции менять частоту и напряжение. Изменяя только коэффициент К2, можно изменять напряжение независимо от частоты.

Рис.12. Узел формирования трехфазного сигнала

В блоке перемножения, на который введено модельное время, рассчитывается мгновенное значение . С помощью сигнала формируются аргументы трех синусоид Затем в блоке тригонометрических функций рассчитываются выходные сисинусоидальные сигналы узла формирования, которые могут быть использованы на входе блока ШИМ.

4. U/f – регулирование в электроприводе с разомкнутой системой регулирования

U

Рис. 14. Т-образная схема замещения асинхронного двигателя

/f – регулирование электропривода построено на основе рассмотрения схемы замещения рис.14 (рис.1.2 в подразделе 1.2 [Л.1]), в которой используются индуктивные сопротивления, рассчитанные при номинальной частоте, и относительные частоты и .

Часто стремятся получить закон регулирования в виде U/f=const, желая обеспечить постоянство критического момента и, следовательно, постоянство перегрузочной способности двигателя во всем диапазоне регулирования скорости. В табл.6.1 [Л.1] приведены выражения для момента двигателя и относительной частоты роторной ЭДС:

.

Из Из рассмотрения этих выражений видно, что закон частотного регулирования в указанном виде обеспечивает постоянство критического момента только в том случае, если значение активного сопротивления обмотки статора пренебрежимо мало и может быть положено равным нулю. В противном случае критический момент меняется при изменении частоты напряжения питания. Для иллюстрации этого положения на рис.15,а и б показаны участки механических характеристик при U/f=const и двух значениях частоты 157 рад/с (0.5 ) и 15.7 рад/с (0.05 ). Характеристики получены с векторной модели асинхронного двигателя, расчетная схема которой приведена на рис.16 (рис. 2.2, [Л.1]). Расчет выполнен для двигателя, параметры которого приведены в табл.1. Переменные рассчитываются в амплитудных значениях. Номинальное фазное напряжение на статоре при номинальной частоте определено как / . постоянный коэффициент связи между напряжением и частотой равен . Так как одинаковый результат получается при любых соотношениях , если выполняется условие , то принято =0, что позволяет рассматривать двигатель, как систему с одним управляющим входом (сигнал задания однозначно связан с ним).

Поскольку активное сопротивление обмотки статора определяется конструкцией машины, воздействовать на его значение невозможно, но аналогичный эффект может быть получен путем компенсации влияния падения напряжения на этом сопротивлении соответствующим увеличения напряжения на обмотке статор [Л.1, подразделы 6.2 и 7.1]. Соответствующая расчетная схема, в которой напряжение рассчитывается в функции значений частоты напряжения на статоре и момента нагрузки, показана на рис.17. Подсистема, описывающая асинхронный двигатель, выполнена аналогично схеме рис.16. Рассчитанные механические характеристики обозначены, как , и для удобства сравнения показаны на рис.15 в тех же осях, что и характеристики U/f=const.

Верхняя часть схемы реализует связь между частотой напряжения питания, частотой роторной ЭДС и напряжением на обмотке статора двигателя, которое обеспечивает постоянное соотношение между напряжением за активным сопротивлением статора и частотой.