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

ших перегрузочных моментов, в 2—4 раза превышаю­ щих номинальный момент, ограничивается возможностя­

предусматривают ограничение токов статора, что дости­ гается ограничением сигнала uQ значением uQuai<c. Отме­ тим при этом, что в установившихся режимах работы ограничение эффективного значения токов статора дости­ гается без искажения синусоидальной формы токов.

В замкнутой системе регулирования с. рассматривае­ мым приводом допустимо ступенчатое изменение сигна­ ла «з на входе системы или ударное приложение момен­ та нагрузки. При этом синхронная машина не будет вы­ падать из синхронизма. Рассмотрим, например, работу привода с синхронной машиной в замкнутой системе ре­ гулирования скорости, когда сигнал и3 (рис. 1-3) на входе системы определяет требуемую частоту вращения нагрузки привода. Пусть в некоторый момент времени

статора образуются без запаздываний, то новое значе­ ние момента на валу привода возникнет скачком. При

под действием возникшего момента, определяемого сиг­ налом ыу (И(э) на входе привода.

Если в рассматриваемой системе регулирования ско­ рости произойдет ударное приложение момента нагруз­ ки, то синхронная машина будет изменять свою скорость (соответственно частоту токов статора) до тех пор, пока сигнал uy(uQ) не увеличится и не создаст момент, урав­ новешивающий момент нагрузки. Синхронная машина может остановиться, если момент нагрузки окажется больше максимального момента привода и будет дейст­ вовать значительное время. При этом частота токов ста­ тора машины будет равна нулю (по обмоткам статора •будут протекать постоянные токи), а момент машины будет равен значению ММакс, пропорциональному сигна­ лу идмаксПосле снятия момента нагрузки синхронная

30

машина будет разгоняться и достигнет скорости, зада­ ваемой сигналом и3.

Качания и самораскачивание рассматриваемой син­ хронной машины в приводе с частотно-токовым управле­ нием рис. 1-4 невозможны, так как угловое положение ротора синхронной машины строго увязано с простран­ ственным положением вектора н. с. статора во всех ре­ жимах ее работы. Этот вывод справедлив для всех типов синхронных машин, а также и для асинхронных машин, работающих в режиме двойного питания.

оси d [см. (1-22) и (1-25)]. На практике из соображений удобства построения схемы управления приводом прини­ мают у = 0. При К=1 и Y —0 из схемы привода рис. 1-4 исключаются редуктор 2 и дифференциал 3.

Рис. 1-6. Структурная схема синхронного привода с частотно-токовым управлением.

На рис. 1-6 показана структурная схема синхронногопривода с частотно-токовым управлением, в соответст-

-вии с которой может быть спроектирован промышлен­ ный привод. Обозначения на рис. 1-6 соответствуют обо­ значениям рис. 1-4.

Рассмотрим работу привода при постоянной угловой скорости вращения Q. Для двухполюсной машины кру-

31

говая частота токов статора Qj равна Q и можно запи­ сать:

32

совпадающее с (1-26).

В заключение этого пункта отметим, что критические скорости QK привода могут быть получены путем при­ равнивания амплитудного значения напряжения Ui из (1-32) при заданных сигналах uQ и uD максимальному напряжению, получаемому на выходе статического пре­ образователя энергии.

б] Привод с синхронной реактивной машиной

Существует несколько видов синхронных реактивных

УСРМ поле статора вращается синхронно с ротором

ипоэтому коэффициент редукции К берется равным еди­ нице (рис. 1-4). Для токов СРМ справедливы (1-24), подставляя которые в (1-35), после преобразования

В (1-36) не входит угол 0, т. е. момент реактивной машины, как и машины с возбуждением, не зависит ни от угла поворота ротора, ни от величины и направления частоты его вращения. Примем у — О и перепишем (1-36) в виде

Из (1-37) следует, что момент СРМ в приводе рис. 1-4 является линейной функцией одного из сигналов UD ИЛИ

реактивной машиной позволяет рассматривать этот при­ вод как одну из разновидностей привода с синхронной машиной с возбуждением.

Вид механических и регулировочных характеристик, способность работать в замкнутой системе регулирова­ ния в условиях скачкообразного изменения сигнала управления или ударного приложения нагрузки, устой­

да с синхронной машиной с независимым возбуждением. \Поэтому нет необходимости останавливаться на этих

вопросах подробно.

Структурная схема привода с синхронной реактивной машиной отличается от схемы рис. 1-6 отсутствием об­ моток иа роторе машины У, при этом явнополюсность формы ротора СРМ показана штриховой линией. Урав­

Векторная диаграмма для рассматриваемого привода показана на рис. 1-8.

34

в) Привод с синхронной машиной, имеющей явновы-

раженные полюсы

Выражение для момента синхронной машины с явновыраженными полюсами получим из (1-19), принимая во внимание то, что на роторе машины имеется только

ражением, то станет ясно, что момент синхронной маши­ ны с явновыраженнымп полюсами равен сумме момен­ тов синхронной машины с неявновыраженными полюса­ ми и СРМ. У синхронной явнополюсной машины, как и у неявнополюсной и у СРМ, частота вращения поля

та. В приводе с синхронной машиной с явновыраженны­ мп полюсами согласно (1-41) сигнал uD способствует образованию момента машины. Он как бы увеличивает "поток намагничивания машины по продольной оси, уча­ ствующий в создании момента. Механические характери­ стики привода при и0=const имеют вид характеристик, показанных на рис. 1-5. Все, что было сказано относи­ тельно регулировочных характеристик привода с неяв-

можной мощностью при заданной полной мощности пре­ образователя энергии.

36

В приводе с частотно-токовым управлением синхрон­ ной машиной с возбуждением можно решать задачу оптимального использования преобразователя энергии.

1-5. ПРИВОД С АСИНХРОННОЙ М А Ш И Н О Й , И М Е Ю Щ Е Й КОРОТКОЗАМКНУТЫЙ РОТОР

Для короткозамкнутой машины магнитные проводи­ мости по обеим осям ротора одинаковы, т. е.

С учетом этого из (1-19) для электромагнитного мо­ мента машины имеем:

Из условия обеспечения режима синхронного враще­ ния ротора машины с полем статора при нулевом момен­ те (при нулевой частоте токов ротора) выбираем коэф­ фициент редукции К, равный единице. Для получения момента при любой угловой скорости ротора в машине необходима дополнительная скорость поля статора по отношению к скорости ротора. В приводе рис. 1-4 это обеспечивается за счет изменения угла у с нужной угло­ вой скоростью. Токи, подаваемые в статорные обмотки машины, определяются (1-20) при К=1. Для определе­ ния момента из (1-44) необходимо знать токи id и iq, трансформируемые в короткозамкнутые обмотки ротора.

Для короткозамкнутой машины Ud = uq = 0, поэтому из (1-17) и (1-18) с учетом (1-43) получим:

Подставляя в полученные выражения токи из (1-20), после преобразований имеем:

37

В эти уравнения не входит угол поворота вала ма­ шины В, поэтому они справедливы для любого угла 9 и для любой скорости его изменения Q.

Рассмотрим установившийся режим работы асин­ хронной машины в приводе с частотно-токовым управле­ нием относительно момента, т. е. такой режим, когда входные сигналы привода остаются неизменными. Это означает, что

избыточную угловую скорость поля статора машины по

- Г '

где Са и Cq — некоторые коэффициенты; Ga(i) и Gg{t) — частные решения этих уравнений.

Для установившегося режима частные решения урав­ нений (1-48) записываются как

id = a sin ClJ - j - b cos ClJ; iq — с cos ClJ — d sin Cl„

38

Приравнивая коэффициенты при sin Q2^ и cos £V из обеих частей (1-50) и (1-51), имеем:

Если теперь подставить значения токов (1-20), (1-19).

в(1-44), то после преобразований получим:

М= ЛшиксДо (uDa + uQb),

или с учетом (1-53)

Для получения линейной зависимости момента от одно­ го из входных сигналов необходимо установить зависи­

39