4 раздел Векторное управление

Рисунок 4.34 – Функциональная схема трехфазного контура тока привода подачи

На рис. 4.34 обозначены: I – схема блокировки управления; II –

трехфазный формирователь тестовых сигналов; III – дешифратор кодов

«111», «000»; IV – схема выбора режима; V – схема синхронизации; VI –

схемы контроля тока; VII – схемы формирователя сигналов; VIII – выходные элементы (фаза А); IX – выходные элементы (фаза B); X – выходные элементы (фаза С); XI – нуль-орган (фаза А); XII – нуль-орган (фаза B); XIII –

нуль-орган (фаза C); XIV – схема контроля напряжения на фазах электродвигателя и задание уставки потока; XV – импульсный усилитель датчика тока фазы А; XVI – импульсный усилитель датчика тока фазы B; XVII

– схемы контроля; А – схема сравнения; В – инвертор; С – нагрузка; К –

сигнал контрольного режима; а – из блока КТ7; b – сигнал записи информации; с – блокировка управления преобразователем; d – в блок АП; е

– из блока РС3; g – в блок РС3; АТ1 – фазовращатель (фаза А); АТ2 –

фазовращатель (фаза В).

Состояние сигналов KA1, КА2, KB1, КВ2, KC1, КС2 зависит от внешних управляющих сигналов: сигнала установки при включении питания «Уст.0»,

сигнала аварийного токового отключения инвертора «AT», сигнала запрета управления инверторами приводов подачи «ЗУИП», а также от сигнала функционирования датчиков тока «ФДТ». При отключении входных цепей сигналов «Уст.0», «AT» от источника «–15 В», или при появлении логической «1» на входе сигнала «ЗУИП», или при возникновении состояния логического «0» в сигнале «ФДТ» сигналы управления силовыми ключами

KA1, КА2, KB1, КВ2, KC1, КС2 блокируются.

Состояние логического «0» сигнала «ФДТ» свидетельствует об отклонениях режимов работы датчиков тока от допустимых или о наличии тока более 60 А в контролируемой цепи. В обоих случаях частота генерации в схеме датчика тока становится менее 20 кГц и по этому признаку частотный дискриминатор в схеме контроля функционирования датчика тока формирует сигнал «ФДТ» (логический «0»). Это состояние индицируется светодиодом V23, который подключен к триггеру ЗА.

1)контуры регулирования фазных токов АД, выполненные с отрицательными обратными связями по токам TA и TB ;

2)контур регулирования частоты вращения вр с отрицательной

обратной связью по частоте вращения (сигнал «АС»);

3) контур регулирования положения с отрицательной обратной связью по положению, которая замыкается через УЧПУ, а информация о положении ротора вводится с помощью импульсных сигналов перемещения

"sin t p ", "cos t p " и сигнала нуль-метки «НМ», формируемых в блоках электропривода, где p – число пар полюсов ФВ;

4) вспомогательный контур с положительной обратной связью по угловому положению вала двигателя , которая осуществляется путем интегрирования импульсных сигналов частоты вращения вр и воздействует на соответствующие функциональные преобразователи (ФП) привода;

5) вспомогательный контур с положительной обратной связью по ЭДС двигателя Ue , которая осуществляется путем нелинейных преобразований аналогового сигнала частоты вращения «АС»‚ сигнала задания тока возбуждения «ТВ» и сигнала, пропорционального напряжению питания инвертора «НПИ».

Контур фазного тока TА (TВ ) содержит усилитель рассогласования

(УР), модулятор (М), транзисторным инвертор ТИ и датчик мгновенного значения тока ДТ (в регуляторе фазы С привода подачи датчик тока не используется). На вход усилителя рассогласования УР подается сигнал задания фазного тока «ТзА» («ТзВ») и сигнал ЭДС двигателя «Ue A» («Ue B

»). По цепи отрицательной обратной связи сигнал фактического значения фазного тока «ТА» («ТВ») компенсирует только среднее значение сигнала

«ТзА» («ТзВ»)‚ поэтому сигнал ЭДС двигателя проходит без искажения и совместно с сигналом разности мгновенных значении «ТзА» и «ТА» («ТзВ» и «ТВ») воздействует на модулятор М. В модуляторе М этот суммарный сигнал сравнивается по уровню с сигналом от источника опорного напряжения Uоп

и преобразуется в широтно-модулированный сигнал, который управляет транзисторным инвертором. Нагрузка ТИ имеет индуктивный характер и содержит источник противо-ЭДС. Величина противо-ЭДС зависит от магнитного потока в двигателе и частоты вращения ротора вр . Вывод фазной обмотки АД в функции широтно-модулированного сигнала управления инвертором подключается либо к положительному, либо к отрицательному силовому выводу источника постоянного напряжения. Под воздействием разности между приложенным к фазной обмотке напряжением и противо-ЭДС двигателя в обмотке развивается ток TА (TВ ), величина которого регистрируется датчиком тока ДТ и передается на вход регулятора тока для соответствующей коррекции управляющего сигнала. Усилители рассогласования, модуляторы и, частично, элементы схем ДТ контуров тока входят в так называемый блок регулятора привода подачи (БРПП1).

Контур регулирования частоты вращения вр обеспечивает соответствие между заданным значением частоты вращения (сигнал «V») и ее фактическим значением (сигнал «АС1»). Если существует соответствие между сигналами «V» и «АС1»‚ то это свидетельствует о том, что развиваемый двигателем вращающий момент достаточен для поддержания заданного значения частоты вращения. Сравнение сигналов и «АС1» по величине и полярности осуществляется усилителем регулятора частоты вращения (УРЧВ)‚ имеющим амплитудно-частотную характеристику коэффициента передачи пропорционально-интегрального звена (ПИ-

регулятора). Такой регулятор частоты (скорости) исключает статическую ошибку в отработке заданного значения частоты вращения. В переходных процессах отработки нового заданного значения частоты вращения вр или изменения момента сопротивления нагрузки Mс заданная «V» и фактическая

«АС1» частоты вращения не совпадают. Частотные свойства замкнутого контура частоты, которые во многом определяют динамические погрешности отработки входных и возмущающих воздействия приводом подачи, зависят

от частотных характеристик кинематической цепи приводной механизм

(шарико-винтовая пара, редуктор, муфта) – вал двигателя. Поэтому в контуре частоты предусмотрена коррекция коэффициента передачи УРЧВ.

Контур с положительной обратной связью по угловому положению вала двигателя , входящий в контур регулирования частоты вращения,

необходим для реализации частотно-токового способа управления АД.

Информация об угловом положении необходима для того, чтобы в функциональном преобразователе ФП были правильно определены мгновенные значения фазных токов. Соотношение между фазными токами

TА , TВ и TС должно подчиняться трехфазной системе синусоидальных функций, в которой основной переменной составляющей является угловое положение ротора . Исходную информацию об угловом положении ротора вначале получают в виде фазы 2α сигнала "sin(ωt 2α)"‚ где ω – круговая частота ротора; t – время; 2 – число пар полюсов фазовращателя ФВ; – угол поворота ротора двигателя. Затем из-за принятой схемной реализации ФП фазу 2α преобразовывают в количество импульсов в сигнале вр (4000

импульсов за один оборот вала двигателя), пропускают через интегратор,

выполненный в виде реверсивного счетчика объемом 2000 бит, и, таким образом, восстанавливают значение фазы 2α .

Следует отметить, что вращающий момент в АД возникает в результате взаимодействия магнитного потока, пронизывающего статор и ротор двигателя, и тока в короткозамкнутой обмотке ротора. Ток в этой обмотке зависит от разности частот вращения ротора двигателя и магнитного потока возбуждения, эта разность, как известно, называется частотой скольжения.

Если АД подключен к сети переменного тока и нагрузка на валу двигателя отсутствует, по обмоткам ЭД течет ток, которым создается только магнитный поток двигателя. Этот ток принято называть током возбуждения

Tв . В этом случае частота вращения вала АД теоретически должна совпадать с синхронной частотой двигателя, равной, например, 1500 об/мин для

рекомендуемых разработчиком (для приводов подачи) АД с двумя парами полюсов. При возникновении нагрузки на валу двигателя частота вращения ротора уменьшается; благодаря возникшей частоте скольжения в роторных обмотках возникнет ЭДС, а следовательно‚ и ток. В статорных обмотках также возникнет дополнительная составляющая тока, которая по фазе будет сдвинута относительно тока возбуждения Tв на угол 2 . Эту составляющую тока называют активным (моментообразующим) током Tа .

Результирующий ток в статорной обмотке будет равен не алгебраической сумме тока возбуждения и активного тока, а векторной сумме двух взаимно перпендикулярных векторов Tв и Tа . Таким образом, в АД с частотно-

токовым векторным управлением требуемый момент вращения создается за счет изменения частоты вращения (изменения тока Tа ); при этом значение потокообразующей составляющей тока статора Tв должно оставаться неизменным (номинальным).

Для описания и реализации косвенного векторного управления (без вычисления потокосцеплений ротора и статора) разработчики рассматриваемого комплектного асинхронного ЭП представляют трехфазную магнитную систему АД в виде двухфазной системы, магнитные оси «d» и «q»

которой взаимно перпендикулярны. Ток статора представляется в виде вектора, проекция которого на ось «d» определяет ток намагничивания

(возбуждения) Тв , а на ось «q» – активный (моментообразующий) ток Та или приведенное значение тока ротора.

Частота тока статора f1 равна алгебраической сумме двух частот. Одна из этих частот пропорциональна частоте вращения ротора 2 fвр , где fвр –

циклическая частота вращения ротора; 2 – число пар полюсов АД. Вторая частота – частота скольжения fс , которая вводится со знаком «плюс», когда двигатель должен развивать движущий момент, и со знаком «минус», когда двигатель тормозится. Таким образом, частота f1 2 fвр

В статике для создания компенсирующего момента частота скольжения fс учитывается со знаком, противоположным знаку возмущающего момента со стороны ротора двигателя.

Частота скольжения в АД выполняет функцию разложения фазного тока статора на составляющие: ток возбуждения (намагничивания) Тв и ток,

который трансформируется в ротор и создает вращающий момент (активный ток) Та . Синхронное (одновременное) регулирование сигналом частоты скольжения и составляющей фазного тока статора, пропорциональной току ротора, обеспечивает разложение фазного тока на составляющие, заданные

сигналами «Ud » и «Uq ».

При изменении температуры обмотки ротора частота скольжения fс

должна пропорционально изменяться.

При подаче на вход УРЧВ (см. рис. 4.35) сигнала задания частоты

максимальное значение, соответствующее максимальному вращающему моменту; соответственно изменяется задающий сигнал «ТзС». Через формирователь частоты скольжения ФЧС с максимальным темпом начинается вращение магнитного потока, которое вызывает вращение ротора со все возрастающей частотой. Начинают формироваться сигналы «АС1»‚ «

вр », «Ue », которые поддерживают по соответствующим контурам

процессы формирования требуемых значении промежуточных сигналов, а

следовательно, и токов в двигателе. К моменту равенства сигналов «V» и «АС1» и при наличии нагрузки Mс в АД будет поддерживаться вращающееся магнитное поле с частотой, равной сумме частоты вращения и частоты скольжения, а частота вращения ротора двигателя вр 2 fвр будет соответствовать заданной.