6.7 Частотное регулирование момента асинхронного электропривода.

Управляемость асинхронного электропривода, аналогичная управляемости электропривода постоянного тока приU_я = constиФ = const,обеспечивается путем одновременного регулиро­вания частоты f₁и напряженияUiили токаI₁ статорной обмотки.

Этот способ регулирования момента реализуется в системе ПЧ —АД, основные особенности которой были подробно рас­смотрены в § 5.5.

При выполнении условий, для которых справедливо ли­неаризованное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя при питании от источника напряжения (см. § 3.11)и от источника тока (см. § 3.12),при регу­лировании момента можно использовать структурную схему асинхронного электропривода, представленную на рис. 5.11.

Если, например, при поддержании постоянным потока₁ = constзамкнуть систему отрицательной обратной связью по моментуМс коэффициентом обратной связи по моментуk_о,м, асинхронный электропривод приобретет свойства, под­робно рассмотренные для обобщенной системы УП —Д в § 6.4.

Однако реализация рассмотренного там способа регули­рования момента по отклонению в применении к асинхронно­му электроприводу вызывает практические трудности. Важной особенностью асинхронного электропривода является отсут­ствие простых способов измерения электромагнитного мо­мента двигателя. Без принятия специальных мер, рассматри­ваемых в § 7.9,момент асинхронного двигателя нелинейно за­висит от доступного для измерения тока статора, и реа­лизовать обратную связь по моменту с помощью связи по току, как в электроприводе постоянного тока, здесь не удается.

Как следствие, во многих практических случаях от ав­томатического регулирования момента по отклонению отка­зываются и прибегают к использованию компенсационного способа управления с помощью положительной обратной связи по скорости.

Как показано на рис. 6.20,аиб,для измерения ско­рости на валу двигателя устанавливается тахогенераторТГ, ЭДС которогоe_ТГпри постоянном потокеФтгпропорцио­нальна скорости:,

при этом уравнение для канала регулирования частоты имеет вид

гдеk_р,м—коэффициент усиления регулятора моментаРМ.

В соответствии со структурной схемой на рис. 6.11при учете (6.63)можно записать

Подбором значений k_р,миk_п,собеспечивается критическая положительная связь по скорости

Рис. 6.20.Схемы частотного регулирования момента с инвертором напряжения (а) и инвертором тока(б) при этом уравнение механической характеристики запишется в виде:

, (6.66)

где k_м=k_fk_р,м/р_п.

Решим (6.63) относительно u_з,м:

С учетом (6.65) получим:

, (6.67)

где .

Соотношение (6.67)свидетельствует о том, что в схемах на рис. 6.20сигнал задания момента пропорционален абсо­лютному скольжению двигателяs_а,поэтому рассматриваемый компенсационный способ иногда называютуправлением по абсолютному скольжению.

Механические характеристики,соответствующие(6.66)прир=0, представлены на рис. 6.21,а. Они постро­ены в предположении, что преобразователь частоты облада­ет способностью рекуперации энергии в сеть. Если преоб­разователь не обеспечивает такой возможности, во втором и четвертом квадрантах механические характеристики сущест­вуют в узкой области, ограниченной осью абсцисс и ха­рактеристикой динамического торможения 2. При преобразователе частоты, способном передавать энер­гию как в прямом, так и в обратном направлениях, при критической положительной связи по скорости обеспечивается астатическое регулирование момента в пределах, ограничен­ных перегрузочной способностью двигателя(М<М_к)и при изменении скорости от характеристики 1,соответствующей_О = -_Оmах = const, до характеристики 3,соответствующей противоположному направлению вращения поля и максимальной частоте преобразователя частоты_О = -_Оmах.

Рис. 6.21.Механические характеристики (а) и структурная схема (б) при частотном регулировании момента

Перегрузочная способность М_к в данной схеме зависит от способа управления полем двигателя. Наименьшая перегрузочная способность соответствует регулированию при ₁ = const, наибольшая - при ₂ = const, причем она ограничивается на­сыщением магнитной цепи машины и запасом по напряже­нию преобразователя частоты как при питании от источника напряжения (см. рис. 6.20, а), так и при питании от источ­ника тока (см. рис. 6.20, б).

В схеме с инвертором напряжения для регулирования потока в канале управления напряжениемu_у,нпредусматривается функциональный преобразовательФП, на вход ко­торого подаются сигналu_у,чпропорциональный_Оэл, и сигналаu_з,ь,пропорциональный абсолютному скольжениюSa. В функции этих величин функциональный преобразователь оп­ределяет сигнал задания напряженияu_у,нв соответствии с (5.17,аили 6)при ₁ =_1ном = constили₂ =_2ном = const. В частности, при ₁ = constсигналu_у,нвычисляется по соот­ношению

В схеме с инвертором тока (см. рис. 6.20,б)в канал регулирования токаu_у,твведено нелинейное звеноНЗ, ко­торое формирует сигнал заданияu_у,тв нелинейной зави­симости отS_а,определяемой соотношением (5.17,б)при₂ =_2max = const:

Для поддержания постоянным вектора потокосцепления в динамике на рис. 6.20,бу инвертора тока предусмот­рен вход управления фазой тока. В канал регулирования фазы тока введено нелинейное звеноН32,реализующее зависимость от абсолютного скольжения, определяемую по (5.17,в):

.

Динамические свойства электропривода с рассматриваемым способом регулирования момента определяются (6.66),кото­рое вместе с уравнением движения позволяет построить структурную схему, представленную на рис. 6.21,6.

Рассматривая эту структурную схему, можно заключить, что при задании момента скачком он нарастает до задан­ного значенияпо экспоненте и через (3—4)Т_эустанавливается на заданном уровнеМ = М_з = const.Под дей­ствием постоянного момента электропривод приM_с = constдвижется равномерно ускоренно до тех пор, пока нарастающая частотаf₁(_Оэл)не достигнет максимального значения f_1max(_Оэлmax). Далее пpиf₁ = f_1max = constдвижение электропривода при данном моменте нагрузкиМ_cопределяется механической характеристикой 1(рис. 6.21,а).