СИСТЕМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО АСИНХРОННОГО
ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Понятия векторного управления
Определение
Векторное управление частотно-регулируемого асинхронного электропривода связано как с изменением частоты и текущих значений переменных АД, так и со взаимной ориентацией их векторов в полярной или декартовой системах координат. Регулированием амплитудных значений переменных и углов между их векторам реализуется полное управление АД как в статике, так и в динамике
Информация о текущих значениях и пространственном положении векторов переменных АД - С помощью датчиков
-- на основании модели
При векторном управлении АД может питаться как от источника напряжения, так и источника тока
Вариант частотно-токового векторного управления является наиболее распространенным, поскольку при регулировании тока независимо от частоты питания АД обеспечивается регулирование и его момента
Формирование момента АД возможно воздействием на абсолютные
значения векторов потокосцеплений |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
токов I1 I2 |
|||||||
и фазовых сдвигов между ними |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
От того, какие вектора выбраны в качестве регулируемых, зависит принцип построения и техническая реализация систем управления электроприводом.
|
|
|
|
I1 |
Если в качестве регулируемых будут выбраны вектора |
и |
|||
|
|
|
||
|
|
|
||
векторная диаграммы при ориентации
по оси x системы координат х, y, вращающейся с синхронной скоростью поля двигателя
Анализ рис. позволяет интерпретировать АД как эквивалентную машину постоянного тока. Если ротор АД сопоставить якорю двигателя постоянного тока (ДПТ), а статорные обмотки – обмоткам возбуждения ДПТ, то составляющая тока статора I1х, синфазная
потокосцеплению интерпретируется как ток возбуждения ДПТ, составляющая I1у – как ток его компенсационной обмотки,
составляющая I2у– как поперечная составляющая поля якоря ДПТ,
составляющая I2х – как размагничивающая продольная реакция якоря. |
||||||||||||||||
потокосцеплени |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
определяется током I |
|
I |
|
I |
|||||||||
е |
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
||||||||
Следовательно, в системе координат x, y, связанной с вектором |
||||||||||||||||
потокосцепления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
и I |
равны и имеют разные знаки, а |
|||||||||||||||
составляющие I |
1у |
|||||||||||||||
|
|
|
|
2у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
противоположно
направленные составляющие I1х и I2х определяют модуль
потокосцепления
L12 I1x I2x
Особенности формирования момента определяют основные положения при технической реализации системы векторного управления АД.
вектор |
|
|
|
|
может быть определен по его составляющим и |
Непосредственное измерение каждой из составляющих может быть определено с помощью датчиков Холла, установленных в воздушном зазоре между статором и ротором АД
|
|
2 |
2 |
|
|
|
|
угол между осями , неподвижной системы координат и осями x, y системы координат, вращающейся со скоростью 0н , находится
0.эл = arc cos ( / )
Составляющие вектора I1
в системе координат , при условии инвариантности мощности АД в двухфазной и трехфазной системах координат могут быть определены через токи фаз статора IА, IВ, IС как
|
|
|
|
I |
|
|
|
1 |
|
|
||
I |
1 |
|
3 |
1А |
I1 |
|
|
(I1В I1С ) |
||||
|
|
|
||||||||||
2 |
2 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
В систему координат x, y проекции векторов тока I1 и I1 пересчитываются как
I1x I1a cos 0.эл I1 sin 0.эл |
I1y I1a sin 0.эл I1 cos 0.эл |
Таким образом, система векторного управления с опорным вектором потокосцепления должна иметь каналы управления модулем и
угловой скоростью ротора АД
Если при определении момента воспользоваться уравнением 5
|
|
|
3 p |
L12 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
M |
|
2 I |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
2 |
L2 |
|
|
|
|
|||||
то регулируемыми выбираются вектора |
2 I1 |
||||||||||||
векторная диаграмма при ориентации
2 по оси x системы координат х, y
|
|
|
|
|
|
|
|
2x L2I2x L12I1x 2 |
|||||
|
|
|
|
|||
2 у L2I2 у L12I1у 0 |
||||||
|
I'2х = 0; |
I'2у = - 2 0н sа / R'2 |
||||
В двигательном режиме вектор тока |
||||||
|
|
|
|
|||
статора I1 |
опережает вектор |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
на угол = arctg(L2 0н sа / R'2) |
|
|
|
|
||||
|
|
||||
его составляющая I1х = 2/L12 определяет потокосцепление |
ротора 2 , а |
||||
I1у = 2 L2 |
0н sа /L12 R'2 компенсирует влияние на него реакции ротора |
||||
Так как электромагнитный момент АД определяется взаимодействием
ортогональных составляющих потокосцепления ротора |
2 = 2х = L12 I1x |
||
и тока статора I1y |
при стабилизации |
2 , как и при |
стабилизации |
|
, |
|
|
система векторного управления будет подобна системам управления двигателями постоянного тока, где составляющая I1x тока статора определяет потокосцепление 2 АД (магнитный поток ДПТ), а составляющая I1у является моментной составляющей тока статора
(аналогично току якоря ДПТ).
Опираясь на векторную диаграмму при ориентации вектора потокосцепления 2 по оси х при отсутствии задания скорости АД и
статической нагрузки на его валу (Мс=0) система должна обеспечивать задание исходного потокосцепления 2 лишь за счет
составляющей тока статора I1x. При этом вектор тока статора I1
равный по модулю току I1x будет совпадать по направлению с вектором 2 равным по модулю потокосцеплению 2х .
Если подобного совпадения не произойдет, то появление составляющей I1у
0 вызовет формирование электромагнитного момента М 0 и при Мс = 0 начало движения вала ротора АД.
При неподвижном роторе (f1=0, 0н=0) и отсутствии статической нагрузки вектор |
|
2 |
будет неподвижным в пространстве, а ток I1 постоянным во времени. |
Система координат х, у также будет неподвижна. Подобное состояние АД аналогично условию подачи постоянного тока в обмотку возбуждения ДПТ без подключения его якорной цепи к источнику напряжения.
При поступлении сигнала задания скорости АД …….
При увеличении нагрузки на валу АД система управления должна обеспечивать
поворот вектора I1 |
относительно вектора 2 |
I1х |
|
|
таким образом, |
чтобы, во первых, составляющая |
оставалась |
||
неизменной, сохраняя постоянство потокосцепления 2х, |
а, во вторых, - |
|||
составляющая I1у |
должна увеличиваться до значения, |
|
при котором |
|
электромагнитный момент станет равным моменту сил сопротивления на валу АД и двигатель выйдет в установившийся режим работы.
Результирующая составляющая токов статора и ротора по оси у создает составляющую потокосцепления у
Особенностью систем управления с опорным вектором потокосцепления2 является более простая, чем с опорным вектором , структура
управления. В соответствии с диаграммой она должна иметь два канала управления: потокосцеплением 2 и скоростью двигателя. Канал
управления 2 реализуется двухконтурным: с внутренним контуром управления составляющей I1х тока статора и с внешним по модулю потокосцепления ротора.
Двухконтурным может быть и канал управления скоростью АД, включающий внутренний контур управления составляющей I1у тока статора
и внешний по угловой скорости ротора.
Недостаток систем с опорным вектором потокосцепления ротора в том, что его определение возможно лишь расчетным путем на основе параметров АД, как правило, известных не точно и изменяющихся при его работе
При стабилизации потокосцепления ротора (при 2 = const)
механические характеристики АД подобны характеристикам ДПТ независимого возбуждения.