Уравнения движения электропривода Вентильный электропривод (вэп)

Вентильный электропривод (ВЭП) чрезвычайно перспективен и относится к синхронному. Особенность его состоит в том, что он включает датчик положения ротора (ДПР). По сигналам датчика в схеме управления электропривода происходит переключение обмоток, при этом обмотки подключаются к источнику постоянного тока.

За основу может быть принят любой ВЭП. В данных указаниях приведенные данные, близкие к параметрам электропривода ЭПБ-2. Он выполнен на базе трехфазного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов и транзисторного инвертора, управляемого в функции положения ротора по схеме вентильного двигателя. Инвертор регулирует величину и фазу тока таким образом, что на валу двигателя создается момент, обеспечивающий поддержание заданной угловой скорости. Регулировочные и нагрузочные характеристики электропривода аналогичны характеристикам регулируемых транзисторных электроприводов постоянного тока.

Запишем уравнение в операторной форме [1,2,3,6]:

(1)

Здесь:

a₁,a₂,a₃, – коэффициенты;

R_э – активное сопротивление обмотки;

T_э=L/R_э – электрическая постоянная времени обмотки;

е – ЭДС, вырабатываемая в обмотках;

с_М – постоянная по моменту;

с_Е – постоянная по ЭДС двигателя;

М_т – момент трения;

М_р – реактивный момент на валу ЭД;

Ω(s) – изображение угловой скорости;

Т₁, Т_ω – постоянные времени регулятора скорости;

J – приведенный к выходному звену момент инерции;

U_ЗС – заданное программное напряжение;

k_OC – коэффициент обратной связи;

s – символ дифференцирования;

M_с=M_р+M_т – возмущающий момент (момент сопротивления);

k_i=1; τ=Т_э.

Соотношения (1) – это дифференциальное уравнение движения ротора ВЭП по углу .

Уравнение движения ВЭП по току в обмотках статора:

(2)

Здесь:

I(s) – изображение силы тока в обмотке.

Электропривод на основе двигателей постоянного тока Неуправляемый электропривод на основе двигателя постоянного тока

Электроприводы на основе двигателей постоянного тока (ДПТ) очень распространены в технике (двигатели стиральных машин, пылесосы, кофемолки, зубные буры и т.п.).

Система уравнений представляет собой систему дифференциальных уравнений движения ЭП в операторной форме по углу и току в обмотке якоря:

.

(3)

Здесь:

R_я – активное сопротивление обмотки якоря ДПТ;

T_я – электрическая постоянная времени обмотки якоря ДПТ;

Система дифференциальных уравнений (3) – это математическая модель движения неуправляемого электропривода по угловой скорости и силе тока в обмотке якоря. Обозначения в системе (3) совпадают с обозначениями для уравнений (1) и (2).

Управляемый электропривод на основе двигателя постоянного тока

Под управляемым электроприводом постоянного тока понимают электропривод, в систему управления которого входит контур управления с определенным синтезированным законом управления. Обычно этот контур построен на основе контроллера, который может реализовать наблюдающее устройство идентификации Льюинбергера, фильтр Калмана и другие устройства, обеспечивающие качественное управление электроприводом.

Для обеспечения управления ЭП на валу ЭД ставится датчик положения ротора (ДПР). Такой подход обеспечивает получение принципиально новых свойств электропривода постоянного тока, присущих, например, вентильному электроприводу.

Этот электропривод (ЭП ДПТ) аналогичен вентильному электроприводу. Особенность состоит в том, что, в отличие от схемы ВЭП, ЭП ДПТ содержит элементы индуктивно-омического сопротивления якоря. ЭП ДПТ имеет два входа (управление (U_зс)и возмущение М_С) и два выхода (по угловой скорости Ω и току I). Динамика ЭП может быть описана с помощью передаточных функций двух каналов регулирования по возмущению М_С и управлению U_зс.

Уравнения движения управляемого ЭП по угловой скорости и току, учитывая работу канала регулирования:

(4)

где ;

; (5)

;

;

;

.

Если , то:

; (6)

(7)

Обозначения в выражениях (4)-(7) совпадают с обозначениями для уравнений (1), (2) и (3).