Терехин. Учебное пособие

3.РАЗОМКНУТЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

3.1.Мягкие частотный пуск и остановка асинхронного двигателя

На рис. 3.1 показана схема модели частотного асинхронного при вода, управляемого от задатчика интенсивности 1 Chirp 3Signal.

Асинхронный двигатель запитан от преобразователя частоты Uni* versal Bridge, управляемого блоком PWM Generator. Задатчик интенсив ности 1 Chirp 3Signal оригинальной разработки вырабатывает трёхфаз ный сигнал от начальной частоты до конечной по закону U/f = const. Предусмотрено формирование как нарастания сигнала по указанному закону, так и уменьшения. Кроме того, предусмотрены расчёт напряже ния питания инвертора по максимальному значению частоты и пас портным данным двигателя и управление источником питания соот ветствующим сигналом.

На рис. 3.2 приведено окно ввода параметров задатчика интенсив ности.

Начальная частота Initial frequency (Hz) может быть установлена любо го значения, но меньшего, чем конечное значение Frequency at target time (Hz). Время нарастания и спадания сигнала Target time (secs) задаётся одно

191

го значения. При использовании схемы управления инвертором PWM Gen* erator, входящей в состав библиотеки Simulink, максимальную амплитуду сигнала задатчика интенсивности (Amplituda) следует принять 1 В. Также указываются номинальное линейное напряжение и частота двигателя.

Рис. 3.2. Окно ввода параметров задатчика интенсивности

Управление задатчиком интенсивности осуществляется сигналами амплитудой 1 В (Timer). 1 В – процесс нарастания напряжения и часто ты питания и вращения двигателя, при отрицательном значении еди ничного сигнала управления задатчиком формируется процесс спада напряжения и частоты питания двигателя. На рис. 3.3 продемонстри ровано окно ввода параметров блока Timer.

Рис. 3.3. Окно ввода параметров блока Timer

192

Рис. 3.4. Окно ввода параметров двигателя

На рис. 3.3 введены параметры, в соответствии с которыми про цесс нарастания частоты начинается с нулевого момента времени, про цесс спада – с момента времени 1,1 с. Полное время моделирования должно учитывать время нарастания, время спада и время работы на максимальной частоте вращения двигателя.

Блок Edit Scope позволяет открывать главное меню редактирова ния диаграмм, отражающих результаты моделирования на экране ос циллографа Scope. Для этого необходимо запустить процесс моделиро вания с открытым окном Scope.

На рис. 3.4 представлены введённые параметры асинхронного двигателя. Особенностью является повышенное значение момента инерции. Реактивный момент сопротивления задаётся в блоке Con* stant1 и составляет 10 Н.м.

На рис. 3.5 проиллюстрированы результаты моделирования пере ходных процессов пуска и остановки асинхронного двигателя при ча

стотном управлении от задатчика интенсивности по закону U/f = const.

–

Процесс пуска протекает с ограничением тока статора до 41,2/√ 2 А. Од нако рост частоты вращения значительно запаздывает, что, возможно, объясняется большим моментом инерции. В то же самое время каче

ство переходного процесса торможения хорошее: двигатель при токе

–

статора 15,84/√ 2 А развивает момент 35,74 Н.м, незначительно меняю щийся на протяжении всего процесса торможения.

193

X: 0.5422

-50

50

-50

Рис. 3.5. Результаты моделирования пуска и остановки асинхронного электропривода с временем 0,8 с

194

4.ЧАСТОТНОGТОКОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

СВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

4.1. Общие положения

Для реализации электропривода с векторным управлением и вы полнения исследований на имитационных моделях в Simulink произ вольно выберем асинхронный двигатель (АД), например, типа RA90S6 (см. табл. 1.2) и примерно подходящий преобразователь частоты (ПЧ) модели VFВ40*004 шведской фирмы Emotron AB.

Основные параметры преобразователя сведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Преобразователи частоты серии VFB40 1,5...7,5 кВт

195

Используем модель расчёта параметров схемы замещения Fig 1_51 и подготовим параметры схемы замещения двигателя RA90S6.

Паспортные данные двигателя приведены в табл. 4.2, а результаты расчёта сведены в табл. 4.3.

Таблица 4.2

Технические данные двигателя RA90S6

Таблица 4.3

Параметры двигателя в абсолютных единицах

Для построения имитационных моделей необходимо принять определённый уровень идеализации свойств АД и ПЧ. В теории элек тропривода переменного тока общепринятыми допущениями счи таются следующие:

•не учитываются потери в стали;

•рассматривается трёхфазный симметричный режим работы;

•насыщением магнитной цепи АД пренебрегаем;

•принимаются напряжения на выходе ПЧ синусоидальной формы;

•пренебрегаем энергетической связью между АД и ПЧ.

Всоответствии с установившимися традициями проектирования средств управления принимаем максимальные уровни входных сигна лов управления и выходных напряжений управления (регуляторов) на уровне ±10 В. Поэтому:

196

•коэффициент обратной связи по току

•коэффициент обратной связи по потоку

•коэффициент обратной связи по частоте вращения

= 10,7 A – максимальный ток преобразователя частоты (табл. 7.1); ΨRxmax = 1 Вб – максимальный поток двигателя; ωmmax = 100 1/c – максимальная частота вращения двигателя (ротора).

Номинальный момент двигателя – 7,66 Н.м.

Номинальный поток обмотки ротора приближённо определим по формуле

4.2. Математическое описание векторного управления двигателем

Перепишем систему (1.62) в виде отдельных уравнений в опера торной форме для системы координат, вращающейся с произвольной частотой ωk:

197

Смысл векторного управления состоит в ориентации потока рото ра по оси х вращающейся системы координат:

Применяем условие (4.8) к выражению (4.4) и получаем условие ориентации потока ротора по оси x:

где ωu – частота источника тока (например, инвертора); ωk – частота вращения подвижной системы координат x, y; ωm – частота вращения ротора; kR, RR – параметры двигателя; iSy – составляющая тока статора по оси y.

Из условия (4.9) следует, что поток ротора ψRном = ψRx ориентирован по оси x, если частота инвертора ωu (источника тока) соответствует ча стоте вращения координат ωk. Кроме того, из выражения (4.9) следует, что заданием на формирование необходимой частоты источника тока является ток статора iSy и поток ротора ψRx.

Выражение (4.3) с учётом условия (4.8) упрощается и принимает

вид:

R

где TR – постоянная времени цепи обмотки ротора; iSx – составляющая тока статора по оси x.

Формула для определения момента асинхронного двигателя также с учётом (4.8) упрощается и становится по структуре такой же, что для двигателя постоянного тока:

198

где iSy – составляющая тока статора двигателя по оси y, определяющая совместно с потоком ротора ψRx электромагнитный момент двигателя Te; р – число пар полюсов двигателя.

Определение составляющих тока статора по осям x и y осущест вляется по выражениям (4.1) и (4.2) с учетом условия (4.8):

где LS', TS', R – параметры схемы замещения асинхронного двигателя; USx, USy – составляющие напряжения источника тока по осям x и y.

Уравнения движения электропривода (4.6) и вращающейся систе мы координат (4.7) остаются без изменения.

Сведём полученные уравнения в систему:

Полученная система уравнений (4.14) описывает поведение неоп тимизированной структуры электропривода с векторным управлением. Разработаем эту структуру с целью определения путей её оптимизации (рис. 4.1). Структура включает реализацию уравнений (4.14) и модели рование реактивного момента.

199