2.2.3. Частотно-токовое управление

Функциональная схема системы частотно-токового управления АД представлена на рис.2.8. Преобразователь частоты UZF реализован на основе управляемого выпрямителя UZ1, обеспечивающего за счет отрицательной обратной связи по току нагрузки (датчик тока ДТ и регулятор тока РТ) совместно с фильтрующим дросселем L режим управляемого источника постоянного тока, и инвертора UZ2, формирующего частоту его выходного тока. Контур регулирования тока UZ1, как правило, астатический, и определение параметров его ПИ-регулятора тока подобно приводам

постоянного тока. При питании АД от источника тока вследствие размагничивающего действия тока ротора магнитный поток АД заметно изменяется при изменении абсолютного скольжения. Поэтому для стабилизации магнитного потока АД при изменении его нагрузки в канал задания тока UZF вводится преобразователь ФП, формирующий задание тока статора I₁ в функции абсолютного скольжения s_а. Зависи-мость I₁ = F (s_а) и пропорциональная ей зависимость u_з.т = Ф (u_у) являются нелинейными функциями (рис.2.9), характер которых на рабочих участках АД близок соотношению I₁²  s_а. Зависимости симметричны относительно тока (задания тока), что определяется симметрией механических характеристик АД в двигательном и генераторном режимах его работы. Часто при технической реализации ФП пользуются линейной аппроксимацией его характеристики (штриховая линия на рис.2.9). Здесь значения I_1.max и u_з.т.max определяют максимально допустимый ток статора и сигнал его задания, а I_1.min и u_з.т..min – ток холостого хода АД и его задание.

Известные положительные свойства АД при его питании от источника тока, такие как независимость электромагнитного момента АД от частоты и возможность при заданном токе статора и абсолютном скольжении, равном критическому, обеспечить больший момент, чем при питании от источника напряжения, могут быть реализованы лишь в замкнутой системе, контролирующей абсолютное скольжение и ток двигателя в функции нагрузки. Стабилизация скорости АД на рис.2.8 обеспечивается регулятором скорости РС, на входе которого сравниваются напряжения задания скорости u_з.с и обратной связи u_ос с выхода тахогенератора BV. Особенность схемы в том, что здесь автоматически формируются сигналы, пропорциональные абсолютному скольжению и заданию синхронной скорости АД.

Сигнал, пропорциональный s_а, формируется на выходе РС, поскольку u_з.с пропорционально заданию скорости _0.з идеального холостого хода АД, а u_ос – текущей скорости ротора , т.е. u_рс  (u_з.с - u_ос )  (_0.з -) = s_а _0.н . Если передаточный коэффициент формирователя частоты скольжения ФЧС выбрать таким образом, чтобы с учетом _0.н его выходной сигнал u_ф.с был пропорционален (_0.з -), то после его суммирования с выходным

сигналом u_су согласующего устройства СУ, пропорциональным текущему значению , на выходе сумматора ₂ устройства задания частоты ЗЧ инвертора тока UZ2 преобразователя UZF будет сформирован сигнал

u_с = u_фчс + u_су  (_0.з -) +  = _0.з .

В результате на выходе ЗЧ появится сигнал u_з.f  u_з.с  _0.з, определяющий задание синхронной скорости АД.

Поскольку электромагнитный момент двигателя М  I₁² , то с учетом характеристики ФП (I₁²  s_а) выходной сигнал РС пропорционален не только абсолютному скольжению s_а, но и одновременно является сигналом задания электромагнитного момента АД. Поэтому ограничением выходного напряжением u_з.о блока ограничения БО на выходе РС можно воздействовать и на максимальный момент АД.

Перед пуском двигателя (u_з.с = 0, u_рс = 0) сигнал задания частоты преобразователя u_з.f = 0 и за счет характеристики ФП (u_з.т.min  0) в АД устанавливается постоянный ток, обеспечивающий поток намагничивания и режим динамического торможения АД. С увеличением u_з.с и, соответственно u_з.f, ток статора становится переменным и двигатель начинает вращение по действием максимального момента, ограниченного сигналом u_з.о. Увеличение скорости будет до тех пор, пока не сравняются сигналы задания и обратной связи по скорости двигателя. При этом выходной сигнал РС при отсутствии статической нагрузки на его валу вновь установится равным нулю, но за счет положительной обратной связи по скорости уже при u_з.f  0. Поток холостого хода АД будет при этом создаваться переменным током I_1.min (рис.2.9).

Для определения структурной схемы электропривода по рис.2.8 рассмотрим передаточные функции ее отдельных звеньев и определим условия, при которых момент АД будет определяться абсолютным скольжением.

Передаточная функция между заданной скоростью идеального холостого хода АД _0.з и сигналом задания частоты на входе UZF u_з.f определяется соотношением

W_f (p) = _0.з /  u_з.f = 2к_f /р_п, (2.1)

где кf = fз /  uз.f = fн / uз.f.н – передаточный коэффициент ПЧТ.