Схемотехнические решения частотного управления электроприводами
Частотное управление электродвигателями осуществляется двумя основными способами:
по функциональной характеристике, связывающей напряжение и частоту статора электродвигателя (U/f – характеристике); применяется для электроприводов, в которых отсутствуют особые требования к динамике;
векторным; применяется для электроприводов со средней и высокой динамиками.
Каждый из них адаптирован к частным случаям с помощью функциональных модулей, влияющих на статические и динамические характеристики электроприводов.
На рис. 6.1 …6.4 приведены функциональные схемы систем управления электроприводами, в которых использованы описанные способы.
Все модули функциональных схем реализуются программно на контроллере привода.
Управление по U/f – характеристике реализовано в системах управления одним или несколькими асинхронными электродвигателями (рис. 6.1 и 6.2). Наиболее простой является система управления, в которой отсутствуют датчики скорости (рис. 6.1).
Рис. 6.1
«
»
- заданные значения переменных;
«
»
- оценки значений переменных.
Она применяется в приводах насосов, вентиляторов, в транспортных средствах при ограниченном диапазоне регулирования скорости (до 1:10).
Для поддержания постоянства потокосцепления статора в соответствии с U/f – характеристикой применяются модули IR – компенсации и Ud-коррекции. Повышение «жесткости» механической характеристики электропривода при изменении нагрузки достигается с помощью модуля компенсации скольжения (КС).
В системе
предусматриваются регулирование тока
ограничения в соответствии с заданным
значением
воздействием на напряжение или частоту
статора и выбор U/f
– характеристики, соответствующей
управлению механизмами, имеющими
постоянную или вентиляторную нагрузку.
Имеется защита от «опрокидывания»
привода в случае превышения момента
нагрузки выше критического значения.
Для высокоскоростных электроприводов оборудования текстильного производства применяется система управления, аналогичная приведенной на рис. 6.1, но без модуля КС, ток ограничения регулируется воздействием на напряжение статора.
Для электроприводов механизмов, в которых диапазон регулирования скорости больше 1:10, применяются системы регулирования с датчиками и регуляторами скорости (см. рис. 6.2).
Рис. 6.2
В качестве датчиков скорости используют аналоговые или импульсные датчики. Во втором случае применяются датчики с двумя каналами импульсов, имеющих фазовый сдвиг 90о.
Векторное управление
реализовано в системах управления
асинхронными электродвигателями,
функциональные схемы которых представлены
на рис. 6.3 и 6.4. В них предусматривается
возможность управления одно- и
многодвигательными электроприводами,
в том числе электроприводами,
взаимосвязанными механически по
нагрузке. Динамические характеристики
таких электроприводов аналогичны
динамическим характеристикам
электроприводов постоянного тока.
Достигается это управлением составляющими
и
вектора тока, первая из которых
пропорциональна моменту двигателя, а
вторая – потокосцеплению. Величины
и
оцениваются по динамической модели
двигателя, составленной представлением
мгновенных значений переменных в виде
результирующих векторов и переходом к
вращающимся системам координат. В
системе предусматривается возможность
ограничивать момент двигателя в
соответствии с заданным значением и
управлять интенсивностью изменения
момента.
Рис. 6.3.
Вариант векторного управления электропривода без датчика скорости применяется в производственных механизмах при регулировании скорости в диапазоне 1:10 (вентиляторы большой мощности, транспортные и подъемные механизмы, центрифуги).
В механизмах с большим диапазоном регулирования скорости применяется система управления с датчиком скорости (рис. 6.4).
Рис. 6.4.
Рис. 6.5
Функциональные возможности базового модуля контроллера могут расширяться подключением интеллектуальных модулей технологической группы (например: Т100 …Т300). С помощью этих модулей решаются следующие задачи:
Реализации П-, ПИ-, И-, ПД-, ПИД—регуляторов (регуляторов усилия, натяжения, подачи, давления, температуры и других технологических переменных);
Задания требуемых режимов пуска приводов в соответствии с управляющей командой;
Синхронизированного управления электроприводами;
Реализации двух быстрых последовательных интерфейсов со скоростью передачи данных до 187,5 кбод, позволяющих выполнять каскадное управление группами комплектных электроприводов и осуществлять связь с сетью технологического уровня, с технологическим контроллером и (или) промышленным компьютером;
Наблюдения за важными сигналами (параметрами) по индикатору параметров.
На рис. 6.5 показаны аппаратные средства Т300.
Некоторые функции управления, которые наиболее часто встречаются в технологических агрегатах, автоматизируемых средствами электроприводов, запрограммированы в модулях памяти в виде стандартных программных модулей. Пользователю предоставляется возможность реализации специальных решений, соответствующих частным технологическим задачам.
Информация обрабатывается процессором циклически. Время цикла минимум 1мс.
Лекция 10