1.4.2. Модель асинхронного электродвигателя во вращающейся системе

координат при ориентации оси по вектору потокосцепления ротора(Лекция 5)

. Рассмотрение структурной схемы асинхронного двигателя во вращающейся системе координат, в которой ось направлена по вектору потокосцепления ротора, представляет особый интерес, так как на ее базе строится система векторного управления асинхронным двигателем, имеющая широкое применение в практике электропривода. В основу построения структурной схемы положена система уравнений [Л.1. подраздел 2.4]:

,

а также основное уравнение механики и равенство _0эл=p_п+_р. Построенная на основании этих уравнений структурная схема приведена на рис. 19, см. также [Л.1, рис. 2.5].

Стру

Рис.19. Структурная схема асинхронного двигателя при направлении оси вещественных по вектору потокосцепления ротора

ктурная схема рис. 19 характеризуется тем, что управляющими воздействиями в ней являются только компоненты пространственного вектора напряжения на статоре, а частота статорного напряжения ω_0элкак управляющее воздействие не рассматривается и определяется через скорость двигателяи частоту роторной ЭДС_р, которая, в свою очередь, рассчитывается через значения составляющей тока статора по квадратурной осиi_1и потокосцепление ротора.

Из структурной схемы видно, что на входы блоков (1/R₁)/(T₁p) воздействуют сигналы перекрестных связей по проекциям вектора тока статораi_1иi_1. Если влияние этих перекрестных связей свести к минимуму, что достигается применением быстродействующих контуров проекций тока статора, то, задавая значениеu_1, можно независимо устанавливать потокосцепление ротора₂. При данном значении₂сигнал задания составляющей напряженияu_1будет задавать значение электромагнитного момента и скорости двигателя. Таким образом, задачи управления потокосцеплением ротора и электромагнитным моментом двигателя будут разделены подобно тому, как это имеет место в двигателе постоянного тока независимого возбуждения.

1.4.3. Моделирование в среде matlab/Simulinkвекторной системы регулирования скорости электропривода

В этой модели используется математическое описание асинхронного двигателя в виде структурной схемы рис. 19. Используя его сходство электроприводом .постоянного тока, система строится по принципам подчиненного регулирования и включает в себя две подсистемы: регулирования скорости и регулирования потокосцепления ротора. При рассмотрении настроек контуров можно воспользоваться материалом подраздела 8.8 в учебнике [Л.1]. При этом следует иметь в виду, что в нем рассматривается система, содержащая в канале регулирования скорости внутренний контур регулирования электромагнитного момента, применение которого целесообразно, если в каких-то режимах используется регулирование скорости путем воздействия на потокосцепление ротора. Если регулирование скорости потоком не применяется, то контур регулирования момента не предусматривается, как это сделано в структуре привода, приведенной на рис.20.

Одна из сложностей, возникающих при расчетах электропривода с векторным управлением, состоит в недостаточности параметров токового контура, которыми располагает исследователь, выполняющий расчеты параметров модели. Эти параметры приходится определять косвенными методами, используя элементы подбора данных и анализируя их путем проб и ошибок.

1.4.4. Функциональная схема системы векторного регулирования скорости электропривода с асинхронным двигателем

Функциональная схема электропривода Компании SEWEurodriveпокзана на рис.21.

СИЛОВАЯ ЧАСТЬ ПРИВОДА И РЕЖИМ УПРАВЛЕНИЯ. Силовая часть схемы электропривода представляет собой преобразователь частоты со звеном постоянного тока, от которого получает питание асинхронный двигатель М. При тормозном режиме двигателя в звено постоянного тока cпомощью транзисторного ключаBRCвключается тормозной резисторBW, на который сбрасывается тормозная мощность.

ДАТЧИК СКОРОСТИ. Режим управления при питании от преобразователя, управляемого током, требует для управления двигателем и регулирования скорости контроля истинного значения скорости с использованием датчика скорости, который встраивается в корпус двигателя. Это может быть либо инкрементный датчик (прямоугольные сигналы) либо синусно-косинусный датчик (синусоидальные сигналы). Инкрементный датчик имеет максимальное позиционное разрешение в 8192 инкрементов на один оборот вала двигателя (при 2048 имп./об). Сигналы синусно-косинусного датчика можно использовать таким

Рис. 20,а. Структура векторной системы регулирования скорости

Рис. 20,б. Структура векторной системы регулирования скорости (субсистема к рис..20,а)

что позиционное разрешение составит 262144 инкрементов на оборот. Благодаря этому можно получить более жесткую характеристику привода.

Рис.21. Функциональная схема векторной системы регулирования электропривода с асинхронным двигателем. (SEWEurodrive. Справочное пособие. Приводные преобразователиMOVIDRIVE. Основы приводной техники

РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ. Входными величинами регулятора скорости являются сигнал задания скорости и её истинное значение, определяемое датчиком. Разность этих величин создает на выходе регулятора сигнал рассогласования, который является сигналом задания момента.

. Решению задачи повышения быстродействия способствует упреждение по ускорению.

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ. Задача блока управления двигателем состоит в обеспечении, максимально быстрого формирования на валу двигателя момента, значение которого задается регулятором скорости. Этот блок состоит из двух частей: блока расчета уставки тока и регулятора тока. По значениям заданного момента M_setp, истинного значения частоты вращенияn_actи углового положения ротора блок расчета уставки тока определяет необходимые фазные токи. Регулятор тока оптимально корректирует действительные токи двигателя до необходимых заданных значений. В этом случае при использовании асинхронного двигателя получение фазного тока и, вместе с тем, создание вращающего момента обеспечивает быстродействующий цифровой регулятор тока. При этом возможен контроль даже самых малых значений тока.

БЛОК РАСЧЕТА УСТАВКИ ТОКА

По уставке вращающего момента от регулятора частоты вращения блок управления двигателем рассчитывает составляющую тока i_qдля создания момента. Кроме того, рассчитывается составляющая токаi_dдля создания магнитного поля. Основой такого расчета в модели магнитных потоков является действительная частота вращения двигателя. При частоте вращения ниже базовой магнитное поле стабилизируется, а из-за ограниченности выходного напряжения преобразователя оно еще может ослабевать для увеличения скорости (эффект ослабления поля). В модели двигателя по составляющим токаi_q, i_dи данным двигателя рассчитывается соответствующая частота скольжения. Из этой частоты и углового положения ротора выводится угловое положение вектора магнитного поля ротора. Наконец, это положение определяет частоту системы трехфазного напряжения. Исходя из параметров моделиi_q, i_dи углового положения поля, блок расчета фазных токов формирует уставки трех фазных токов.

РЕГУЛЯТОР ТОКА

Входными величинами регулятора тока являются заданные и истинные значения тока в фазах двигателя. Через вычитание действительных значений тока из соответствующих заданных определяется их рассогласование. Исходя из этого рассогласования ПИ-регулятор генерирует фазные напряжения таким образом, что разность токов стремится к нулю. Сочетание этих трех фазных напряжений называют также „вектором фазных напряжений".

СИСТЕМА ТРЕХФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Величина и направление вектора напряжения на статоре соответствуют сумме трех составляющих для трех фазных напряжений. Этот вектор напряжения обрабатывается в широтно-импульсном модуляторе. По трем составляющим вектора напряжения этот модулятор формирует коммутационные сигналы для силовых транзисторов.