3. Замкнутые системы управления электроприводом переменного тока

Решить проблему регулирования частоты вращения АД в широком диапазоне при жестких характеристиках удается лишь в замкнутых системах управления. В качестве примера рассмотрим наиболее распространенные приводы переменного тока [4, 9, 11, 13].

3.1. Приводы с тиристорным регулятором напряжения [4]

Способ регулирования скорости вращения АД изменением напряжения в разомкнутых системах не нашел применения из-за ограниченного диапазона регулирования и резкого снижения перегрузочной способности (характеристики показаны пунктиром 1,2,3,4 на рис. 3.1,б).

Функциональная схема замкнутой системы управления представлена на рис. 3.1,а:

Рис.3.1. Структурная схема привода с тиристорным регулятором напряжения (а) и характеристики привода (б и в)

В замкнутых системах управления обратная связь по скорости вращения дает возможность получить достаточно жесткие характеристики (рис. 3.1,б) и обеспечить регулирование скорости вращения в широком диапазоне – в некоторых случаях до .

Зависимость момента и скорости двигателя от напряжения на обмотке статора [4] может быть представлена уравнением (3.1).

, (3.1)

где – напряжение на обмотке статора.

Анализ работы ЭП может быть проведен по структурной схеме (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Структурная схема ЭП с ТРН

Структурная схема составлена при линеаризации уравнения (3.1), без учета электромагнитных процессов в двигателе.

Передаточная функция ЭП:

. (3.2)

Соответствующее дифференциальное уравнение:

, (3.3)

где – модуль жесткости механической характеристики в разомкнутой системе ЭП;

– электромеханическая постоянная времени ЭП;

– суммарный момент инерции ЭП, приведенный к валу двигателя;

– коэффициент двигателя;

– напряжение двигателя (по первой гармонике).

В установившемся режиме при из дифференциального уравнения получаем уравнение механической характеристики ЭП при :

. (3.4)

При расчете механических характеристик следует иметь в виду, что коэффициенты и определяются в зависимости от значений скорости.

Недостатком этого метода является то, что двигатель в каждый момент времени работает на искусственной характеристике, полученной за счет изменения напряжения. В результате с увеличением диапазона регулирования резко возрастает скольжение двигателя (учитывая, что точка общая для всех характеристик). В итоге резко возрастают потери двигателя. В частности, при диапазоне регулирования потери составляют 50%, а при увеличении диапазона регулирования до 5 потери увеличиваются до 80%. Кроме того, с переходом на нижние регулировочные характеристики уменьшается максимальный развиваемый момент. Правда, с последним недостатком можно бороться, если использовать АД с фазным ротором (рис 3.1,в).

Эти приводы широко используются в кратковременных и повторно-кратковременных режимах. Мощность таких приводов обычно ограничивается кВт. К их достоинствам можно отнести получение хороших динамических характеристик и различных режимов работы за счет использования тиристорных регуляторов напряжения.