7.5.4. Расчёт статических характеристик скалярного регулирования при стабилизации потокосцепления статора

Определим диапазон регулирования для выбранного скалярного закона регулирования со стабилизацией потокосцепления статора.

В соответствии [8] расчёт статических характеристик производится для скалярного закона регулирования со стабилизацией потокосцепления статора на основании Т-образной схемы замещения, представленной на рис.7.15.

Рис.7.15. Т-образная схема замещения двигателя.

В соответствии рис.7.5.3 выберем пусковой момент из условия:

Выберем М_кз так, что бы он был больше М_пуск. Примем

Спроецируем естественную характеристику так, что бы она проходила через М_кз. Результат представлен на рис.7.16.

Рис.7.16. Статические характеристики скалярного регулирования со стабилизацией потокосцепления статора

Задача состоит в определении минимальной установившейся скорости для расчёта диапазона регулирования. Минимальную установившуюся скорость можно вычислить из формулы:

где

– момент короткого замыкания в относительных единицах;

Используя приложение Mathcad выразим минимальную установившуюся скорость в относительных единицах . Определим минимальную установившуюся скорость:

В соответствии рис.5.6 определим минимальную частоту регулирования:

Определим диапазон регулирования при стабилизации потокосцепления статора:

Получившийся диапазон регулирования полностью удовлетворяет требуемому (5:1). В связи с этим можно сделать вывод, что обратная связь по скорости в данной системе не обязательна.

7.6. Моделирование динамических и статических процессов электропривода

В связи с выбором скалярной системы регулирования со стабилизацией потокосцепления статора и в соответствии [9] составим блок-схему управления электроприводом с непрерывной компенсацией падения напряжения на активном сопротивлении статора, представленную на рис.7.17.

Рис.7.17. Блок-схема управления электроприводом

В соответствии с составленной блок-схемой построим функциональную схему управления электроприводом, представленную на рис.7.18.

Рис.7.18. Функциональная схема управления электроприводом

В состав функциональной схемы входят:

ЗИ – задатчик интенсивности;

ФП – функциональный преобразователь;

РТ – регулятор тока;

ПЧ – преобразователь частоты;

Дэ – электрическая часть электропривода;

Дм – механическая часть электропривода;

ДТ – датчик тока;

R₁^* - активное сопротивление тока статора.

Стоит отметить, что ФП здесь реализует выбранный скалярный закон регулирования U/f ².

На основании составленной функциональной схемы построим структурную схему, представленную на рис.7.19. Здесь:

Т_э – электромагнитная постоянная времени;

Т_пч – постоянная времени преобразователя частоты;

k_пч – коэффициент передачи преобразователя частоты;

k_i – коэффициент передачи звена тока статора;

k_от – коэффициент обратной связи по току;

k_ – коэффициент внутренней обратной связи по скорости;

k_м – коэффициент пропорциональности между моментом и током;

J_∑ – приведенный момент инерции;

а_т – параметр настройки контура тока на модульный оптимум.

На основании составленной структурной схемы построим математическую модель. Произведём расчёт необходимых параметров.

1. Коэффициент обратной связи по току определяется по формуле:

где U_ун = 10 В – напряжение задания;

Определим коэффициент передачи замкнутого контура регулирования тока:

Определим коэффициент обратной связи по току:

2. Определим коэффициент передачи внутренней обратной связи по скорости:

Рис.7.19. Структурная схема управления электроприводом

3. Определим коэффициент передачи звена тока статора:

4. Определим коэффициент преобразователя частоты:

5. Определим передаточный коэффициент третьего безинерционного звена:

6. Определим электромеханическую постоянную времени:

7. Определим суммарный момент инерции двигателя и насоса:

8. Определим остальные параметры:

На основании структурной схемы с рассчитанными параметрами в среде MATLAB 6.5 системы визуального моделирования динамических систем Simulink составим математическую модель, произведём моделирование и снимем характеристики переходных процессов для скорости, момента и тока при разных значениях момента (М = 0; М = Мс; М = 0.8*Мс; М = 0.5*Мс).

Математическая модель представлена на рис.7.20.

Переходные процессы при отсутствии нагрузки (М = 0) представлены на рис.7.21. Переходные процессы при номинальной нагрузке (М = Мс) представлены на рис.7.22. Переходные процессы при нагрузке М = 0.8*Мс представлены на рис. 7.23. Переходные процессы при нагрузке М = 0.5*Мс представлены на рис.7.24.

Рис.7.20. Математическая модель управления электроприводом

Рис.7.21. Переходные процессы при отсутствии нагрузки (М = 0)

Рис.7.22. Переходные процессы при номинальной нагрузке (М = Мс)

Рис.7.23. Переходные процессы при нагрузке М = 0.8*Мс

Рис.7.24. Переходные процессы при нагрузке М = 0.5*Мс

Как видно из графиков переходных процессов пуск двигателя при разных моментах удовлетворяет желаемым значениям. Время переходного процесса, скорость, момент и ток варьируется в зависимости от заданного значения нагрузки. Среднее время переходного процесса t = 20 с.

Функциональная схема, математическая модель, а так же результаты моделирования представлены на листе 1 (формат А2).