Функциональная схема электропривода

Статорные обмотки трехфазного синхронного двигателя MS (рис. 5.4) подключены к выходным зажимам преобразователя частоты с непосредственной связью HПЧ. Этот преобразователь выполнен на трех реверсивных управляемых выпрямителях UZA, UZB и UZC, работающих в режиме управляемых источников тока. Контуры регулирования токов фаз статора настраиваются идентично друг другу, соответствуют функциональной схеме (рис. 5.5) и на рис. 5.4 для краткости не указаны. Цепь ротора МS подключена к источнику постоянного нерегулируемого напряжения.

Последовательно включенные модулятор МД U, сельсины 1С и 2С (ВС и ВЕ) и демодуляторы ДМА, ДМВ и ДМС (UA, UB и UC) образуют узел задания фазных токов статора двигателя MS. Частота коммутирующего (опорного) напряжения, на котором работают модулятор, сельсины и демодуляторы, выбирается значительно выше частоты напряжения на статоре MS. Hапряжения на выходах демодуляторов ДМА, ДМВ и ДМС образуют симметричную трехфазную систему, так как магнитные оси обмоток статора сельсина 2С расположены под углом 120 градусов. Амплитуда этих напряжений пропорциональна величине напряжения на входе модулятора, а частота – разнице угловых скоростей вращения роторов сельсинов 1С и 2С. В процессе работы схемы ротор 1С заторможен, а ротор 2С механически связан с валом СД так, чтобы электрические скорости вращения роторов 2С и MS были одинаковы. В этом случае частота напряжения на выходе каждого из демодуляторов (а, следовательно, и частота напряжения на статоре MS) всегда соответствует скорости вращения сельсина 2С. Сельсин 1С облегчает настройку схемы управления, позволяя устанавливать заранее требуемое значение угла между векторами намагничивающих сил ротора и статора. В этом случае говорят, что с помощью 1С производят начальную пространственную ориентацию вектора магнитодвижущей силы (а следовательно, и потокосцепления) статора относительно ротора.

Все описанные выше элементы схемы образуют внутренний контур косвенного регулирования электромагнитного момента MS. Внешним здесь является контур регулирования скорости вращения вала двигателя, который, кроме контура регулирования момента MS содержит также регулятор скорости РС, датчик скорости ДС с тахогенератором ТГ.

Задатчик интенсивности ЗИ позволяет сформировать процессы разгона и торможения электропривода с заданным темпом.

Работа электропривода в установившихся режимах

Рассмотрим сначала работу внутреннего контура регулирования электромагнитного момента двигателя при неизменной величине сигнала U_РС, поданного на вход модулятора МД. Предположим, что вал двигателя преднамеренно заторможен. Тогда ротор сельсина 2С неподвижен. Если теперь на вход модулятора МД подать постоянное напряжение (например, с выхода регулятора РС), то на выходах демодуляторов установятся постоянные напряжения, а по обмоткам фаз статора двигателя будут протекать токи, создающие МДС якоря (статора) машины. Амплитуду этой МДС можно менять, если изменять величину напряжения на входе МД. Hаправление этой магнитодвижущей силы (точнее – пространственное положение максимума, например, положительной полуволны МДС статора вдоль окружности воздушного зазора машины) можно задавать, поворачивая ротор сельсина 1С или 2С. Можно, например, сельсином 1С выбрать такое начальное пространственное положение МДС якоря относительно оси катушки ротора двигателя MS, чтобы электромагнитный момент М, развиваемый MS при заданных значениях МДС обмоток ротора и статора, был наибольшим. В этом случае пространственные оси катушки ротора и МДС якоря образуют угол 90 градусов. Естественно, если установить начальный пространственный угол между осями рассматриваемых МДС равный нулю, то электромагнитный момент синхронного двигателя тоже будет равен нулю, хотя по обмоткам статора и будут протекать токи.

Если теперь статический момент М_С на валу двигателя уменьшить так, что М_С < М, то ротор MS придет в движение. При этом он будет одновременно и на одинаковый угол поворачивать в зазоре машины и вектор МДС катушки ротора (так как она установлена на роторе) и вектор МДС, создаваемой токами в обмотках статора (так как ротор сельсина 2С механически жестко связан с валом MS). В итоге величина угла взаимной ориентации векторов МДС обмоток ротора и статора двигателя при движении машины остается такой же, какой ее установили при покое. В результате электромагнитный момент, развиваемый двигателем, остается неизменным от скорости вращения двигателя (конечно, при неизменной величине напряжения на входе модулятора МД). Механическая характеристика электропривода в этом режиме получается абсолютно мягкой. Частота напряжения на статоре двигателя автоматически устанавливается равной его скорости вращения. При n = const токи фаз статора – синусоидальные кривые со сдвигом фаз на 120 градусов. В работающей системе электропривода изменение величины электромагнитного момента двигателя производится изменением величины напряжения на входе модулятора МД с помощью регулятора скорости РС.

Итак, функционально рассматриваемая система электропривода выполнена как двухконтурная схема подчиненного регулирования, в которой внутренним контуром является контур косвенного регулирования электромагнитного момента двигателя (он содержит три параллельных канала регулирования фазных токов статора), а внешним контуром – контур регулирования скорости вращения электропривода с обратной связью по скорости. Регулирование величины электромагнитного момента синхронного двигателя достигается в рассматриваемой схеме за счет изменения амплитуды токов фаз статора пропорционально напряжению на выходе РС при фиксированной величине угла ориентации вектора МДС статора относительно магнитной оси обмотки ротора.