Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

5.9 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

управления позволяет получить новые свойства и каче ства как у отдельных узлов привода (схемы управления, статического преобразователя, машины переменного то ка), так и у привода в целом. Поэтому рассмотрение общих и частных аспектов частотно-токового управления всеми известными машинами переменного тока представ ляет большой практический интерес.

1-3. ВЫБОР СТРУКТУРНОЙ С Х Е М Ы О Б О Б Щ Е Н Н О Г О ПРИВОДА С ЧАСТОТНО-ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Схему обобщенного привода будем строить на базе обобщенной машины (рис. 1-2). Выбор четырехобмоточ ной двухфазной двухполюсной машины значительно упрощает математические выкладки. Переход от полу ченных выражений к выражениям для трехфазной ма шины, более распространенной на практике, может быть легко осуществлен по известным формулам приведения [Л. 27].

Будем пренебрегать насыщением, потерями в стали, механическими потерями на валу машины и примем:


		Wf = Wg — W1, wq = wd = w,] \									(1-7)
		Rf = Rg=,ri,				Rq = Rd = ra. J

Выражения для индуктивностен и взаимных индук-
тавностей	обмоток			такой		машины имеют вид:
			^маис ~Ь ^-мпя			\| ^-мако		^-мпн ^.Qg 20
£			^~маке ~\~ ^мин				^макс	^"мнн QQ§ 26*			(1-8)

	L q		— const, L d			— const, L d 7 = 0,
	L / g		= L M a K e ~ L M n H s i n 2 8 ;
Ljd	—	Lid макс c o s 6.			Lgd		= L l d	макс Sin 6,
Lfq =		L l 4 м а		к с Sin 6,	Lgq =			L,q ы а	к с COS 9,
где Z-макс и L m h h — максимальная								и минимальная			индук
тивности обмоток статора						машины; L l d			M a K C — максималь
ная взаимная			индуктивность				обмотки		статора	с	обмот
кой ротора	Wd\ Ь^макс—максимальная								взаимная		индук
тивность обмотки				статора		с	обмоткой		ротора	wq.

Максимальное значение индуктивность обмотки ста тора принимает при совпадении оси обмотки с продоль


ной осью ротора d (с осью	максимальной		магнитной
проводимости). Минимальное	значение	индуктивность
обмотки статора принимает при совпадении			оси обмотки
с поперечной осью ротора q	(с осью минимальной			маг
нитной проводимости). Взаимные индуктивности				обмо
ток статора с обмотками ротора Wd и wq		достигают сво

их максимальных значений при совпадении осей обмоток

статора

с осями обмоток ротора соответственно.

Воспользуемся (1-1) — (1-6). Для

решения

этих

урав

нений

необходимо

знать

производные

от

выражений

< 1-8) — (1-10)

по углу 6

—

О^макс

^-миа) s

' n 29,

(1-11)

Г —

—

макс

б;

«i-g

иI-d4.

(1-12)

г/8 — ^-\q

макс COS 8;

db =

(^макс — ^мин) Sin

28,

(1-13)

dL_

макс *-OS

dbf" —

^-id

(^макс

^-мин) c o

26,

dL Si.

(1-14)

= 47 макс Sit! t).

rf9

Из

(1-1) —(1-4),

принимая

во внимание

(1-7) — (1-Ю),

получаем:

tif =

rjf +

-jf [ ^L«™

+ L»™+L*™-L«™

cos 28) if j - f

+ЧГ

[ ( 4 , a K C ~ L " n H s i n

26)

/ , ]

\{Lld

м а к с

cos 8) Q

	d
	•^Ь»«—Ьш	sin 20 j	i,J 4-/-,/,, _\|_
dt \ \	2	2	C O S ^ U j J g J - t -
+ lit KL .d макс sin 6) id]		4- -Jr [(— L l 7 м а к с cos 8) /,); (1-16)

"d = -4d f	- [(£,«»	cos 0) it]	4-	d i [(L,d N W K C
	LV-io макс — »/ -jj		I

_d_

ч + 'Vd + ^ ( ^ d ) ; dt

sin 0) i g ] +

(1-17)

" » =			с					4-
	iSf KLi<? макс sin 10)U /у] 4- JL [(— L l 7 м а к с cos 0) ig]
	$1 lV~i<7 макс - J"		/ Ч\ "T" "rfj
Из (1-5) с учетом (1-8) —(1-4)				имеем
M=	— i] L™m	. ^M "" sin 20 -4- i 2 bmzibsssia					20	4-
	i	2	1	г	2		1
+	'У* (^-макс — ^мии) cos 20 — ifidLld				м	п к с sin 0 4-
+ ls4L>9	макс sin 0 4- ijiqLiq		м а к с cos 0 4- ieidLld			M a K C cos 0. (1-19)
Как было отмечено выше, в приводах с частотно-то
ковым управлением		(в приводах		с управляемым			момен
том) по заданному		сигналу на входе			привода		должны

формироваться токи в обмотках машин переменного то ка. В зависимости от типа используемой машины непо средственно по входному сигналу привода могут форми роваться токи или только в обмотках статора (синхрон ные машины, асинхронные короткозамкнутые машины и др.), или одновременно в обмотках статора и ротора (асинхронная машина с фазным ротором в режиме двой ного питания).

Токи в обмотках ротора считаются либо заданными, либо определяются с учетом трансформации токов ста тора в обмотки ротора, т. е. при определении зависимо стей токов в обмотках некоторых типов машин прихо дится рассматривать наряду с (1-19) и (1-17), (1-18). Поэтому здесь получим зависимости только для токов статора if и ig от сигнала на входе привода. Зависимо сти для токов iq и id найдем при анализе приводов с кон кретными машинами.

Будем считать, что в общем случае в рассматривае мом приводе токи в обмотках машины переменного тока являются -функцией двух независимых сигналов uD и uQ, подаваемых на вход привода. Принимая во внимание, что токи if и ig должны строго соответствовать мгновен ным значениям токов двухфазной системы с амплиту дой, определяемой входными сигналами ив и uQ, полу чаем выражения для этих токов в виде

if=к0		к	c ° s	( М + т )	-	"о sin ( * е + т ) 1 ,			l
h = * . K			sin (/<0 + у) +			" Q	cos {Kb + T)], J
где /Со — коэффициент пропорциональности,									ale;		К —
•безразмерный		коэффициент;			0 — угол			поворота		ротора
машины,	рад;	у — некоторый				дополнительный			угол		по
ворота,	рад.
На рис. 1-4		представлена схема					обобщенного			привода
с частотно-токовым				управлением,			в	котором		осущест-

Рис. 1-4. Структурная схема обобщенного привода с ча стотно-токовым управлением.

вляется формирование токов для питания обобщенной машины переменного тока в соответствии с (1-20). Ротор машины / связан через редуктор 2 с коэффициентом редукции К и через дифференциал 3 с ротором датчика углового положения 4. Поворот второго входного вала дифференциала 3 на угол у осуществляется некоторой

вспомогательной системой, о которой будет сказано ни же. В рассматриваемом приводе ротор датчика 4 пово рачивается на угол, равный сумме углов KQ и у (коэф фициенты передачи дифференциала 3 по обоим входам приняты равными единице). В качестве датчика углово го положения 4 использована электрическая машина ти па синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ). Как и машина 1, машина 4 выбрана двухпо люсной.

За положительное направление вращения ротора ма шины 1 и ротора датчика 4 принято направление враще ния против часовой стрелки. За положительное значение электромагнитного момента принято значение момента, приводящее к вращению ротора машины против часовой стрелки. За положительное направление.тока и намагни

чивающей силы (и. с.) принято направление по							радиусу
от центра машины /. На два входа					привода — на			входы
двух модуляторов 5			и 6 — подаются		соответственно сиг
налы	UQ	И tiD. Опорным напряжением модуляторов 5 н 6
является		напряжение
			«о= t/omsin СО*,
где со — несущая частота.
На	выходах модуляторов			имеем	напряжения
		uqi	= KyiUQ	sign sin со*;
		Udi = KsiUDsign sin со*.
Здесь		sign sin со/ — прямоугольные колебания					с часто
той со и с единичной			амплитудой; /<м — статический ко
эффициент передачи			модулятора.
Напряжения tiqi и Udi поступают					на	роторные		обмот
ки Wdi и wqi датчика			4. Со статорных			обмоток	wgi	и ш/i
датчика получаем выражения
uf{	= KMKp[uDcos(KQ+y)—UQ			sin(/C9+Y)]sign sin со-*;
ав 1 = /(м/Сд[ил sin(/C0+Y)+«Q cos(/C6+'Y)]signsin со*,
где /Сд — статический' коэффициент					передачи		напряже

ния от ротора к статору	датчика 4 при условии, что об
мотки Wdi и Wqi, а также	обмотки ivn и wgi	имеют оди
наковые числа эффективных витков.
Напряжения и ц и ugi	поступают на входы фазочувст-
вительных выпрямителей	7 и 8 с опорным	напряжением

«о, на выходах которых с учетом того,			что	(sign sin cot) 2=
= 1, имеем:
ин	= KJ<aKn[uD	cos (К9+у) —uQ	sin {KQ + y) ];
ugi=KxKaKn[uD		sin(/Ce+Y) + « q	cos(/C0+y)]-
Здесь	/CD — статический коэффициент			передачи вы
прямителей.		и ugi поступают
Напряжения ы/i			на	входы статиче

ского преобразователя энергии 9, состоящего из двух усилителей токов 10 и 11. Усилитель тока — это усили тель напряжения, охваченный жесткой обратной связью по выходному току. На рис. 1-4 обратная связь по току

показана условно. Статический					преобразователь энергии
9 питает машину 1 токами
if = КККЛКВК;	[uD	cos (Kb +		т) -	uQ	sin (/C6 +		Y)l;	1
ig'r= КиКлКяЪ	\uD	sin (Kb +		у) +	uQ	cos (Л'в +		T)],	J
где Ki — статический			коэффициент				передачи		усилителя
токов.
Выражения	(1-21)		идентичны				(1-20)	при		/Со=
= КмКдКвКг- Таким образом, схема привода									(рис.	1-4)
обеспечивает формирование токов						if	и ig в	соответствии
с выражениями (1-20).
Для исследования			режимов		работы машины необхо

димо знать выражения для проекций и. с. стагорных об

моток на направления осей d				и q. Эти выражения полу
чим с учетом (1-7) и (1-20):
Fld	=	( К c o s (М + Т) -	uQ	sin (/С8+Т] cos б +	)
	+	[ « D s i n ( K e + T ) +	« Q c o s ( ^ + T)]sin8};		I
Fl4	^= wlK0 {[uD cos (Kb + T) -		UQ	s i n (^6 +T)] sin 8 -
	-	[aD sin (Kb + Y) +		+ у)] cos 8).

Отметим, что схема обобщенного привода рис. 1-4 не является единственно возможной, позволяющей полу чить токи для питания машины в соответствии с (1-20).

"-Можно представить себе схемы, в которых отсутствует механический дифференциал 3 и сложение углов /Сб и у осуществляется с помощью дифференциальной индукци онной машины [Л. 10, 11] или иным способом. Более то го, приведенная схема не отражает практической реали-

зации приводов £ частотно-токовым управлением с таки ми машинамиунапрнмер машины с катящимся или вол новым ротором. Однако схема рис. 1-4 выявляет все основные, принципиальные особенности частотно-токово го управления: формирование токов в обмотках машины в зависимости от сигналов на входах привода и угла поворота ротора машины. При анализе конкретных при водов будут приводиться схемы приводов, которые будут отличаться от схемы рис. 1-4 и которые можно исполь зовать при практической реализации частотно-токового управления машинами переменного тока.

Рассмотренный обобщенный привод положим в осно ву анализа приводов с частотно-токовым управлением на базе различных машин переменного тока. Анализ при водов будет включать следующие главные вопросы: вы


бор	статических		коэффициентов . передачи		отдельных
узлов обобщенной			схемы в зависимости от типа машины
переменного		тока;	исследование зависимостей		момента
(законов управления),				токов в обмотках и н. с. (режи
мов работы)		машины		переменного тока от сигналов		UQ И
и о',	механические и регулировочные характеристики					при

вода; исследование работы машины при ступенчатом из менении сигнала на входе привода или при ударном при-г ложении момента нагрузки; устойчивость машины пере менного тока в приводе с частотно-токовым управлени ем; связь дифференциальных уравнений с уравнениями в комплексных переменных; векторные диаграммы рабо ты привода и другие вопросы. При этом основное вни мание будет уделяться линейным зависимостям момента и режимам работы с постоянным потоком машины, так как они удобны для приводов замкнутых систем регу лирования.

Прежде чем перейти непосредственно к анализу при водов на базе различных машин переменного тока, оста новимся на общих вопросах приводов с управляемым моментом. Выше говорилось, что приводы с управляе мым моментом имеют идеально мягкие механические характеристики: момент определяется сигналами на вхо де привода и не зависит ни от углового положения вала, ни от величины и направления частоты его вращения.

На рис. 1-5 показаны механические характеристики привода с управляемым моментом для различных зна

чений сигнала управления	UQ при постоянном сигнале
и в , равном некоторому	номинальному значению UDB-

26 - ,

Ограничение характеристик по	угловой	скорости ротора
Q происходит по линиям 1 и	/ ' — линиям критических
скоростей QK. Под критической	скоростью ротора QK при
заданных сигналах на входах	привода	подразумевается

наибольшая (предельная) скорость ротора, при которой еще обеспечивается соответствие момента привода (ве личин токов в обмотках машины) сигналам, поступаю щим с датчика углового положения 4 (рис. 1-4), т. е.

сигналам uD		и uQ.	Величина		й	и
QK	при заданных			сигналах
					1
UD и UQ определяется в пер
вую	очередь	энергетически
ми	возможностями			преобра	и-а=0
зователя энергии. На рис. 1 -5						м
линии 1 и / ' показаны услов					0	Ммакс
но	в виде	прямых		линий.
В действительности				эти ли	1'
нии	не являются		прямыми и
вид их зависит от типа ис
пользуемой		машины пере			Рис. 1-5. Механические харак
менного тока.
					теристики привода с частотно-
Зона механических харак					токовым' управлением.
теристик привода,			ограничи

ваемая линиями критических скоростей QK, называется линейной зоной, а зоны вне названных линий называют ся нелинейными зонами работы привода. При проекти ровании привода с управляемым моментом обеспечива ют требуемое значение максимального момента на валу

.Ломаке при заданной максимальной скорости £2к.максНа практике часто именно эти значения скорости и момента определяют .рабочую зону привода и требования к ста тическому преобразователю энергии. Характеристики •реальных приводов в линейных зонах работы не являют ся идеально мягкими из-за наличия потерь в стали ма шины и механических потерь на валу привода. В [Л. 19] на примере асинхронного привода дан качественный и количественный анализ влияния названных потерь.

В заключение необходимо отметить, что при выборе машин для привода с частотно-токовым управлением нет необходимости выбирать машины, имеющие наилучшие пусковые характеристики. Объясняется это тем, что в приводе с частотно-токовым управлением фаза (часто та) токов машины (поля машины) строго увязана с угло вым положением (скоростью) ротора и потому в приводе

не бывает пускового режима в широко известном поня тии [Л. 27]. Поэтому, например, в дальнейшем при ана лизе приводов будем предполагать, что синхронные ма шины не имеют короткозамкнутых обмоток.

1-4. ПРИВОДЫ С СИНХРОННЫМИ М А Ш И Н А М И

а] Привод с синхронной машиной, имеющей неявновыраженные полюсы

Примером синхронной машины с неявновыраженными полюсами может служить маломощный синхронный двигатель, на роторе которого для возбуждения двига теля размещается постоянный магнит цилиндрической формы. На базе этого двигателя можно выполнять бес контактные приводы с частотно-токовым управлением.

Для того чтобы при анализе привода можно было использовать для момента выражение (1-19), будем счи тать, что возбуждение двигателя является электромаг нитным, осуществляемым с помощью обмотки на роторе. Для рассматриваемого двигателя в качестве такой об

мотки	примем	обмотку	wj.	Тогда	имеем		= 0, /,/ =
= const =й=0, а токи it и ie			питают статорные				обмотки до/
и wg	соответственно. Для		машины с		неявновыраженны-
ми полюсами		L M a K C = LM 1 ! „ и выражение				для	момента и»
(1-19)	будет:
	М = idLidMUMc (—if			sin 8-HV	cos	0).	(1-23)

Из рис. 1-4 следует, что частота токов в статорных обмотках машины / определяется угловой скоростью датчика 4. Так как угловая скорость поля статора (ча стота токов статора) двухполюсного синхронного двига теля совпадает со скоростью ротора, коэффициент пере дачи К редуктора 2 нужно брать равным единице. Тогда из (1-20) получаем выражения для токов в статорных обмотках машины:

if=к0	К c o	s	( 9	+ т ) -	" Q s i n	(0 +	т)];	(1-24)
U = KoK			(9 +	T) +	% cos (6 +		у)].
	s i	n
подставляя которые в (1-23), имеем:
М = /Coid^idMaKc («в sin y+uQ						COS у) •		(1-25)

Принимая у —0, получаем линейную зависимость мо мента от управляющего сигнала uQ:

(1-26)

При этом сигнал « d на момент не влияет. Посмотрим, какую роль играет сигнал uD в данном приводе с частот но-токовым управлением. Найдем проекции н. с. статора на оси d и q из (1-22) при К= 1 и у = 0:

	F,	К,		(1-27)
				(1-27)
Из этих выражений следует, что сигнал uQ				опреде
ляет н. с. статора, направленную по			оси q и,	следова
тельно,	участвующую	в создании	момента	машины,
а сигнал	uD определяет	н. с. статора,	направленную по
оси d. Благодаря этому, с помощью сигнала uD				в приво

де можно регулировать потребление синхронной маши


ной реактивного	(индуктивного или емкостного)		тока от
преобразователя	энергии, а это бывает важно с точки
зрения улучшения энергетических		показателей	привода,
а также для создания требуемых		условий коммутации
тиристоров внекоторых типах преобразователей			энергии.

В (1-26) не входит угол 9, и, следовательно, элек тромагнитный момент привода не зависит ни от углового положения ротора, ни от величины и направления часто ты его 'вращения. Это означает, что механические харак теристики привода являются мягкими и в линейной зоне работы привода не отличаются от характеристик рис. 1-5.

Рассматриваемый синхронный привод с частотно-то ковым управлением удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к приводам, предназначенным для ра боты в замкнутых системах регулирования. Как в затор моженном состоянии ( '0 = const, Q = 0), так и при любом значении частоты вращения ротора Q в пределах рабо чей зоны привод развивает момент, линейно зависящий от сигнала UQ. Изменение знака момента в приводе про исходит при изменении знака (полярности) сигнала uQ. На валу привода могут быть получены моменты, значительно превышающие номинальный момент синхронной машины, — перегрузочные моменты.

Для получения перегрузочных моментов необходимо предусматривать формирование соответствующих пере грузочных токов статора. На практике получение боль-

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ