6.3. Прямое управление моментом

На рис. 6.4 в неподвижной системе координат α и β показаны векторы потокосцепления статора ψs и ротора ψr, а также возможные положения вектора напряжения, обеспечиваемые двухуровневым инвертором.

Управление электромагнитным моментом осуществляется за счет выбора вектора напряжения, обеспечивающего необходимый знак приращения электромагнитного момента и, одновременно, - необходимый знак приращения модуля потокосцепления. В каждом из шести секторов рис. 6.4 существует определенный набор векторов напряжения для всех возможных комбинаций требуемых знаков изменения модуля потокосцепления и момента. В результате, вращения вектора потокосцепления статора обеспечивается с требуемой частотой при поддержании модуля вектора потокосцепления на заданном уровне.

Рис. 6.4. Расположение векторов потокосцеплений и напряжений в неподвижной системе координат α и β

Привод работает в скользящем режиме. Например, если вектор потокосцепления статора находится в первом секторе, то рассогласование по потоку положительное и рассогласование по моменту положительное, и надо увеличить скорость вращения магнитного поля, для чего выберем вектор U₂. Для замедления выбирается вектор U₆. Если рассогласование по моменту равно нулю, то выбирается вектор равный нулю U₀ или U₇. Быстрое переключение векторов U₂ - U₆ приводит к появлению промежуточных значений вектора напряжения. Функциональная схема электропривода с прямым управлением момента показана на рис. 6.5.

В регуляторе скорости производится сравнение заданной частоты вращения и формируется задание на электромагнитный момент. На выходе регулятора скорости устанавливается звено ограничения величины электромагнитного момента.

В релейных регуляторах момента и потокосцепления сравниваются заданные значения регулируемых величин с вычисленными и формируются логические сигналы для блока выбора вектора напряжения, в котором и формируются сигналы управления ключами инвертора. Эффективность такого алгоритма управления очень высока, так как релейные регуляторы имеют самое высокое быстродействие и не накапливают ошибок рассогласования.

Выбор соответствующего вектора напряжения основан на таблице коммутации. Входами для табличного определения вектора напряжения (положение ключей вектора) являются: угловой сектор положения вектора потокосцепления статора и выходы двух релейных гистерезисных регуляторов.

Обычно принимаемая таблица переключений показана в табл. 6.1.

Таблица 6.1

	∆М	Сектор 1	Сектор 2	Сектор 3	Сектор 4	Сектор 5	Сектор 6
1	1
	0
	-1
0	1
	0
	-1

Состояния транзисторов инвертора определяются в соответствии с табл. 6.2 .

В табл. 6.2. знак «+» соответствует включенному транзистору, знак «-» выключенному транзистору. В каждый момент времени любая фаза двигателя всегда подключена к плюсовой или минусовой шине выпрямителя.

Для реализации рассматриваемого способа управления определяется угловое положение вектора потокосцепления обмотки статора:

(6.47)

где ψ_sβ, ψ_sα – проекции вектора потокосцепления обмотки статора на оси α и β (определены ниже).

Рис. 6.5. Функциональная схема электропривода с прямым управлением момента

Таблица 6.2

U1

U0

U2

U7

U3

U0

U4

U7

U5

U0

U6

U7

kA1

+

-

+

+

-

-

-

-

-

-

+

+

kA2

-

+

-

-

+

+

+

+

+

+

-

-

kB1

-

-

+

+

+

-

+

+

-

-

-

+

kB2

+

+

-

-

-

+

-

-

+

+

+

-

kC1

-

-

-

+

-

-

+

+

+

-

+

+

kC2

+

+

+

-

+

+

-

-

-

+

-

-

В зависимости от угла поворота потокосцепления обмотки статора выбирается номер углового сектора (6.48).

(6.48)

Система с прямым управлением момента, как правило, содержат вычислитель или наблюдатель координат. По измерительным фазным токам и заданным напряжением рассчитываются недостающие координаты привода, а именно: вращающий момент, модуль потокосцепления, угловое напряжение вектора потокосцепления и частота вращения ротора. Первичные параметры двигателя считаются известными. Существует много схем вычислителей составляющих вектора потокосцепления и скорости.

Наблюдатель координат полного порядка восстанавливает переменные состояния, используя полную систему уравнений.

Двигатель, как и любая динамическая система, описывается системой уравнений:

(6.49)

Потокосцепления и токи находятся путем решения полной системы уравнений двигателя:

(6.50)

где Параметры роторной цепи определяются аналогично.

Скорость вращения ротора является выходом ПИ-регулятора. Рассогласование «е», подаваемое на его вход, вычисляется по формулам:

(6.51)

где К_р, К₁ – коэффициенты, которые выбираются по наилучшей оценке скорости.

Вычислительное устройство работает в зоне низких частот вращения двигателя, а также при изменении его параметров.

За основу взяты таблицы переключений: таблица 6.1 и таблица 6.2. Они были объединены в двумерный массив 6х6.

Адрес по строкам определялся рассогласованием по потокосцеплению и моменту. Адрес по столбцам определялся номером сектора. Выходом таблицы являлось число, разряды которого определяли положение ключей инвертора. Например, числу 7 соответствует подключение всех ключей к шине «+», числу 0 соответствует подключение всех ключей к шине «-».