2854

Эта операция осуществляется сменой сигналов направления вращения с ПВ на ЛB или наоборот. Например, если при включенных ключах К3 и К4 сменить сигнал ПВ на ЛB, то К3 и К4 отключатся, а К6 и К1 включатся и возникающий отрицательный момент при движении ротора станет его тормозить, но коммутация ключей будет прямая (К1 + К2, К2 + К3) до тех пор, пока ротор не начнет движения в обратном направлении, при котором направление коммутации изменяется на обратное.

Система управления электропривода с вентильным двигателем

Для управления вентильным двигателем применима двухконтурная структура электропривода постоянного тока с контурами тока и скорости (рис. 16).

Задача контура тока – обеспечить постоянство тока инвертора и, следовательно, постоянство среднего момента двигателя в заданном диапазоне скоростей и в пределах допустимого значения тока. Контур скорости должен обеспечить необходимую жесткость механической характеристики вентильного двигателя и требуемые динамические показатели электропривода. При этом задание на ток поступает с выхода регулятора скорости PC.

Для ВД с постоянным магнитом и питанием от сети через неуправляемый выпрямитель, что характерно для электроприводов небольшой мощности, регулятор тока отличается от традиционного ПИ-регулятора, используемого в электроприводе постоянного тока. Достаточно простым и обеспечивающим практически астатическое регулирование тока является релейный регулятор тока РРТ.

В качестве регулятора скорости используется аналоговый П- или ПИ-регулятор, на вход которого поступает разность сигналов задания скорости из.с и обратной связи. Сигнал обратной связи подается с датчика скорости BR.

51

Рис. 16. Система управления вентильным двигателем

Схема дополнена узлом фазосмещения ФСУ, осуществляющим автоматическое опережающее смещение угла коммутации ключей в области высоких скоростей для уменьшения пульсаций динамического тока в двигателе. Сигналы с выхода распределителя импульсов РИ подаются через ключи D1 и D2 на формирователь импульсов ФИ. Выходные сигналы ФИ поступают на плечи автономного инвертора АИ, подключенного к источнику питания ИП с выпрямленным напряжением Ud.

52

Регулятор тока РРТ, управляя ключами инвертора, поддерживает релейным способом заданное значение тока в допустимых пределах

Быстродействие контура тока с РРТ можно приближенно оценить по минимальному периоду отработки циклового сигнала задания тока

где 0 – время задержки при переключении направления вращения, мс;

ДТ – временная задержка сигнала датчика тока (ДТ), мс.

Если принять 1min = 0,3 мс, 1 = 0 = ДТ 1 мс (эти значения приемлемы для аналогового выполнения РРТ), то час-

тотная полоса пропускания контура тока составит

Можно сделать вывод, что контур тока с релейным регулятором по динамике близок к безынерционному звену. С учетом небольшой постоянной времени фильтра Тф в цепи датчика тока передаточная функция замкнутого контура тока будет иметь вид

1,0 ... 1,5 мс.

При постоянном токе инвертора I = uз.т / kо.т.= const момент двигателя, имеющий пульсации на каждом обороте ротора, в среднем остается постоянным и равным pп Iq в, поскольку средняя величина Iq пропорциональна току инвертора I. Механическая характеристика двигателя представляет собой вертикальную линию в пределах, ограниченных напряжением питания инвертора.

Контур регулирования тока входит в состав контура регулирования скорости, в котором может использоваться типо-

53

вой П- или ПИ-регулятор скорости. С учетом полученной передаточной функции (74) может быть построена приближенная линеаризованная и не учитывающая ЭДС двигателя структурная схема двухконтурного электропривода с ВД (рис. 17).

Рис. 17. Структурная схема двухконтурного электропривода с вентильным двигателем

Настраивая контур скорости на модульный оптимум, согласно структурной схеме получаем передаточный коэффициент П-РС:

где Т= Тф1 + Тф2 – сумма постоянных времени фильтров датчиков тока и скорости, с;

см – коэффициент пропорциональности между моментом двигателя и током инвертора.

Определяя kо.т. по допустимому току Iдоп или моменту

Мдоп,

54

При настройке контура скорости на симметричный оптимум получается передаточная функция ПИ-РС

Моделирование двухконтурного электропривода с вентильным двигателем

Модель двухконтурного электропривода в программе SimPowerSystem системы MATLAB представлена на рис. 18. Модель содержит внешний контур скорости с ПИ-регулятором (PI), преобразователь из системы координат ротора d, q в трехфазную систему координат статора a, b, c (dq0_to_abc Transformation), инвертор с широтно-импульсным преобразователем (PWM invertor), синхронную машину с постоянным магнитом (Permanent Magnet Synchronous Machine), демульти-

плексор вектора измеренных параметров машины (Machines Measurement Demux), мультиплексоры (Mux), а также блоки тригонометрических функций (sin, cos) и средства измерения.

Блок dq0_to_abc Transformation определяет по проекци-

ям токов на продольную ось d (id), поперечную ось q (iq) и нулевой составляющей (i0) заданные токи ia, ib, ic в трех фазах статора в соответствии с уравнениями:

Блок PWM invertor формирует токи в фазах статорной обмотки синхронной машины с постоянным магнитом в соответствии с сигналами задания.

55

Блок Permanent Magnet Synchronous Machine работает в режиме двигателя (положительный знак механического момента Тm) или генератора (отрицательный знак механического момента Тm). Электрическая и механическая части машины представлены моделью пространства состояния второго порядка. Модель предполагает, что поток от постоянных магнитов в статоре и электродвижущая сила синусоидальны.

Синхронная машина описывается следующими уравнениями, выраженными в системе координат ротора d, q.

Электрическая система:

где Lq, Ld – индуктивности по осям q и d;

R – активное сопротивление фазы статора;

iq, id – токи по осям q и d;

Vq, Vd – напряжения по осям q и d; m – угловая скорость ротора;

b– потокосцепление постоянного магнита ротора;

р– число пар полюсов;

Те – электромагнитный крутящий момент. Механическая система:

где F – суммарный коэффициент вязкого трения ротора и нагрузки;

Тm – механический момент на валу двигателя;

J – суммарный момент инерции ротора и нагрузки; m – угол поворота ротора.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Изучить особенности управления синхронным двигателем в схеме вентильного двигателя.

57

2.Построить структурную схему двухконтурного электропривода с вентильным двигателем.

3.Изучить основные блоки модели двухконтурного электропривода с вентильным двигателем.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Создать модель двухконтурного электропривода с вентильным двигателем, приведенную на рис. 18, используя блоки библиотек Simulink и SimPowerSystem.

2. Установить в модели конечное значение момента Tm равным 10, время наброса нагрузки – 0,06 с. Время окончания моделирования – 0,1 с.

3. Установить значения сигнала задания скорости wz = 180; время скачка задания скорости – 0 с.

4.Получить переходные процессы изменения сигналов задания токов фаз статора iabcz и фактических токов iabc, линейных напряжений Vab, Vbc, Vcа, момента Te, скорости wm

иугла поворота ротора thetam.

5.Определить установившиеся значения фазных токов статора iabc, скорости wm, момента Te и сравнить их с заданными значениями.

6.Устанавливая значения сигнала задания скорости wz равными 140, 100, 60, 20, получить кривые переходных процессов изменения фазных токов статора iabc, скорости wm, момента Te. Для каждого сигнала задания скорости wz определить установившееся значение скорости wm, время переходного процесса и перерегулирование.

7.Сделать вывод о характере переходных процессов и точности отработки сигнала wz в двухконтурном электропривода с вентильным двигателем.

8.Составить отчет по работе.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Рабочее задание.

3. Модель двухконтурного электропривода с вентильным двигателем.

58

4.Переходные процессы изменения сигналов задания токов фаз статора iabcz и фактических токов iabc, линейных напряжений Vab, Vbc, Vcа, момента Te, скорости wm и угла поворота ротора thetam, построенные в соответствии с рабочим заданием.

5.Полученные установившиеся значения фазных токов статора iabc, скорости wm, момента Te.

6.Кривые переходных процессов изменения фазных токов статора iabc, скорости wm, момента Te и полученные установившиеся значения скорости при различных значениях сигнала задания скорости wz.

7.Анализ результатов и выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Преимущества регулируемого вентильного электродвигателя по сравнению с коллекторными ДПТ.

2.Функционирование схемы включения вентильного двигателя с мостовым коммутатором.

3.Угловая характеристика вентильного двигателя. Среднее значение момента при синусоидальной угловой характеристике неявнополюсного двигателя.

4.Конструктивная схема и выходные сигналы оптического датчика положения ротора.

5.Диаграмма сигналов распределителя импульсов.

6.Описание схемы силовой цепи вентильного электро-

привода.

7.Способы регулирования момента и скорости вентильного двигателя.

8.Двухконтурная система управления вентильным дви-

гателем.

9.Структурная схема двухконтурного электропривода с вентильным двигателем, определение параметров контуров.

10.Модель двухконтурного электропривода с вентиль-

ным двигателем в SimPowerSystem.

11.Математическое описание электрической и механической системы синхронной машины.

59

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ГЕНЕРАТОР – ДВИГАТЕЛЬ

Цель работы: Изучение теоретических сведений о системе тиристорный возбудитель – генератор – двигатель. Расчет параметров контуров тока, ЭДС и исследование системы генератор – двигатель с подчиненным регулированием координат.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Настройка контуров тока и ЭДС в системе тиристорный возбудитель – генератор – двигатель

Электрическая схема системы тиристорный возбудитель – генератор – двигатель (ТВ-Г-Д) представлена на рис. 19.

Рис. 19

На рис. 19 приняты обозначения: uс – сетевое напряжение;

ТВ – тиристорный возбудитель;

uу – напряжение управления на входе ТВ; ОВГ – обмотка возбуждения генератора;

uв – напряжение, поступающее с выхода ТВ на обмотку возбуждения генератора;

60