6.2. Векторное управление

Функциональная схема системы регулирования координат АД при векторном управлении и определении потокосцепления ротора по модели потока приведена на рис. 6.2. АД питается от преобразователя частоты со звеном постоянного тока и автономным инвертором напряжения. На входе преобразователя действует трехфазная система задающих напряжений Система регулирования выполнена во вращающейся системе координат. Преобразование координат в прямом канале (ПКП) и в канале обратной связи (ПКО) производится в соответствии правилами преобразования координат в системе векторного управления.

При работе АД с векторным управлением производится ряд функциональных преобразований, которые сводятся к следующему:

1. Преобразование токов статора трехфазного АД в токи эквивалентного двухфазного АД (ПКО):

(6.34)

где

i_1a, i_1b, i_1c – фазные токи АД;

i_1х, i_1у – фазные токи эквивалентного двухфазного АД;

Т_k (3 → 2) – матрица поворота трехфазных осей к двухфазным.

Рис 6.2. Функциональная схема прямого векторного управления АД

2. Прямое координатное преобразование токов неподвижной системы i_1х, i_1у в токи синхронно вращающейся системы координат α – β:

(6.35)

где

- матрица поворота осей координат статора, - единичный орт оси z;

- текущее значение угла поворота, используемое при вычислении тригонометрических функций.

3. Преобразование потокосцепления взаимоиндукции ψ_т в потокосцепление ротора ψ₂ (модель потока):

(6.36) (6.37) (6.38)

4. Определение заданных значений составляющих тока статора:

- регулятор потока

- регулятор момент

где - наибольшая взаимная индуктивность трехфазных обмоток двигателя; - коэффициент магнитной связи ротора; - число пар полюсов двигателя.

5. Поддержание с помощью регуляторов заданных значений токов i_1α, i_1β, модуля вектора потокосцепления и угловой скорости ротора ω, (РС, РМ, РП_т, РТ_α, РТ_β).

6. Компенсация ЭДС вращения с получением независимых сигналов

7. Обратные координатные преобразования для получения управляющих сигналов переменного тока (ПКП):

(6.39)

где соответственно обратная и транспонированная матрицы поворота осей статора.

8. Преобразование управляющих сигналов из двухфазной системы в трехфазную (ПКП):

(6.40)

где Т_k (2 → 3) – матрица поворота двухфазных осей к трехфазным осям;

(6.41)

Структурная схема системы регулирования скорости при векторном управлении АД представлена на рис. 6.3. Система управления выполнена во вращающейся системе координат и построена по принципу подчиненного регулирования. Внешним по отношению к контуру тока по оси α является контур регулирования потокосцепления ротора (РП_т). Внешним по отношению к контуру регулирования тока по оси β является контур регулирования момента (РМ). Внешним контуром по отношению всей системы управления является контур скорости (РС).

В модели (рис. 6.3) приняты следующие параметры:

- электромагнитная постоянная времени роторной цепи АД;

- коэффициент рассеивания; L_m – индуктивность намагничивающего контура.

При выборе ограничений токов статора надо иметь в виду, что - действующее значение тока статора не должно превышать допустимого значения.

При настройке контуров тока на модульный оптимум с использованием ПИ-регуляторов без учета перекрестных связей передаточные функции представляются следующими выражениями

(6.42)

где σ – коэффициент рассеивания, .

Рис. 6.3. Структурная схема прямого векторного управления АД

Учитывая, что , то и в контуре тока i_1α применяется ПИ-регулятор с аналогичными параметрами.

ПИ-регулятор в контуре потокосцепления записывается в следующем виде

(6.43)

Для настройки контура регулирования электромагнитного момента принимается И - регулятор с передаточной функцией имеющей вид

(6.44)

При настройке регулятора скорости на модульный оптимум применяется пропорциональный регулятор с коэффициентом

(6.45)

При настройке на симметричный оптимум регулятор скорости должен быть ПИ-регулятор с передаточной функцией имеющий вид

(6.46)

где – b_C, a_C, a_M, a_П, а_Тα, а_Тβ – параметры настройки, которые предварительно могут принимать равные значения – 2.