16.3. Системы асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением

Асинхронные электроприводы с диапазоном регулирования скорости до D=100:1 и высокими требованиями к динамике, когда осуществляются частые пуски, торможения и реверсы, выполняются как системы с частотно-токовым управлением. В таких системах преобразователь частоты работает в режиме источника тока. Это достигается применением преобразователей частоты типа ПЧТ или преобразователей частоты типа ПЧН, которые охватываются отрицательной обратной связью по току. Системы регулирования осуществляет задание частоты и величины тока статора в соответствии с заданной скоростью и нагрузкой на валу двигателя. Фазное напряжение статора при питании от источника тока является неконтролируемым параметром. На рис.16.2 приведена схема замещения и векторная диаграмма асинхронного двигателя при питании от источника тока. Из векторной диаграммы следует, что при I₁=const с уменьшением скольжения и, следовательно, момента на валу двигателя, ток намагничивания I_μ растет до значения равного I₁. Двигатель переходит в режим насыщения. Во избежание этого ток статора I₁ следует соответствующим образом регулировать в зависимости от величины тока , пропорционального моменту двигателя.

Рис.16.2. Схема замещения и векторная диаграмма при питании асинхронного двигателя от источника тока

При питании асинхронного двигателя от источника тока ток статора и потокосцепление в зазоре в установившихся режимах работы связаны следующим соотношением

, (16.1)

где: L_m – индуктивность цепи намагничивания;

L_rl – индуктивность рассеяния обмотки ротора;

- абсолютное скольжение.

Поэтому в системах асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением необходимо функционально связать ток статора с величиной абсолютного скольжения в соответствии с (16.1). Если при этом механические характеристики двигателя должны иметь постоянный критический момент, то потокосцепление должно быть постоянным. Для этого случая графическая зависимостьI₁=f(s_абс) представлена на рис.16.3.

Функциональная схема асинх-ронного электропривода с частотно-токовым управлением приведена на рис.16.4. В этой схеме имеется опти-мизированный контур регулирования тока статораI₁ и разомкнутый канал регулирования скорости, в котором задается скорость идеального холостого хода ω₀, соответствующая скорости вращения поля статора при данной частоте. На входе контура тока включен функциональный преобразователь ФП, реализующий зависимость I_1з=f(s_абс). Сигнал абсолютного скольжения вычисляется в сумматоре на входе ФП как.

Жесткость механических характеристик в системе электропривода по схеме рис.16.4 близка к жесткости естественной механической характеристики асинхронного двигателя. Поэтому достижимый диапазон регулирования скорости в этой системе может составить примерно D=20:1.

При необходимости получения большого диапазона регулирования следует внести в систему замкнутый контур регулирования скорости, как это показано на функциональной схеме рис.16.5. Данная система управления является двухканальной и содержит контур скорости и контур тока, которые настраиваются на модульный оптимум. На выходе регулятора скорости формируется сигнал, пропорциональный частоте питания f₁ и скорости вращения поля статора. Вычитая из этого сигнала значение действительной скорости , формируется сигнал, пропорциональный абсолютному скольжению, который подается на вход ФП. Функциональный преобразователь в соответствии с зависимостью указанной на рис.16.3 вырабатывает сигнал задания тока статора, который подается на вход контура тока, имеющего ПИ-регулятор. Частотно-токовое управление может применяться только для однодвигательных электроприводов.