7.10. Особенности частотного регулирования скорости асинхронного электропривода

При рассмотрении вопросов частотного регулирования момента уже было отмечено, что по сравнению с системой постоянного тока, управляемой путем изменения напряжения в цепи якоря, частотное регулирование реализуется более сложно в связи с отсутствием отдельного независимого канала регулирования потока двигателя, каким является обмотка воз­буждения двигателя постоянного тока. Другой особенностью является сложность измерения ряда координат асинхронного электропривода, обусловленная работой двигателя на пере­менном токе.

Какследствие, в замкнутых системах частотного регули­рования скорости для регулирования потока и момента дви­гателя широко используются положительные обратные связи, компенсирующие те или иные возмущения, а также косвенные методы измерения переменных.

В тех случаях, когда высоких требований к переходным процессам пуска, реверса и торможения не предъявляется и главным является обеспечение высокой точности регулиро­вания скорости, в системе частотного регулирования обычно предусматривается канал регулирования магнитного потока по отклонению, реализуемый в двух вариантах. В первом испол­нении применяют датчики Холла, сигнал которых примерно пропорционален магнитному потоку в воздушном зазоре дви­гателя, т. е. используют прямое измерение магнитного потока для осуществления отрицательной связи, поддерживающей поток на заданном уровне. Во втором случае прибегают к косвенному измерению магнитного потока, в основе которого лежит векторное уравнение электрического равновесия для цепи статора в осях х, у:

Выразив в нем потокосцепление через токи с помощью уравнения

получим

(7.96)

Нетрудно видеть, что уравнение (7.96) устанавливает опре­деленную зависимость намагничивающего тока i_а следова­тельно, и результирующего магнитного потока Ф_от напряже­ния и тока статора при данных параметрах машины. Эта зависимость является векторной и в динамике осложняется наличием производныхи.Тем не менее, полагая в ре­жимах стабилизации потокаi_=const.di_/dt= 0, с помощью современных вычислительных устройств можно по измеренным реальным напряжениям и токам двух фаз статора и известной частоте_0элопределять значения амплитуды и фазы магнит­ного потока и, таким образом, косвенным путем формировать сигнал отрицательной связи по мгновенным значениям потока, воздействующей на цепь задания напряжения или тока статора.

В тех случаях, когда частотное управление должно обеспе­чивать не только регулирование скорости, но и формирование равномерно ускоренного характера протекания всех переходных процессов, ограничение момента при механических перегрузках и т. п., система регулирования скорости должна содержать подчиненный контур регулирования момента. В простейшем случае можно использовать уже рассмотренную компенсацион­ную систему регулирования момента (см. рис. 6.20).

Схема регулирования скорости асинхронного двигателя при этом дополняется регулятором скорости PCи отрицательной обратной связью по скорости, как показано на рис. 7.36, а. Структурная схема представлена на рис. 7.36,б; в ней контур регулирования момента представлен передаточной функцией, соответствующей (6.66), а в передаточной функции пропорцио­нальногоPCучтена малая постоянная времени Т_ффильтра в цепи обратной связи по скорости. С помощью этой схемы можно записать:

Отсюда при р=0получим уравнение статической механи­ческой характеристики замкнутой системы электропривода:

(7.97)

Модуль статической жесткости

пропорционален коэффициенту обратной связи по скорости и теоретически может быть получен любого требуемого зна­чения. Однако практически без динамической коррекции воз­можная жесткость механической характеристики в замкнутой системе,как было установлено в § 75, ограничивается ростом колебательности электропривода с ростомk_о,с.

Передаточная функция разомкнутого контура регулирования в соответствии с рис. 7.36,б имеет вид

(7.98)

Отнесем постоянные Т_ф и Т_э к малым некомпенсируемым постоянным и в качестве оценки их влияния примемТ_ = Т_ф + Т_э. Тогда (7.98) можно представить в виде

(7.99)

где Т₀ = Т_м/k_o,ck_p,ck_м.

Сравнив (7.99) с (5.31), можно убедиться, что при этих условиях передаточная функция рассматриваемого разомкнуто­го контура совпадает по форме с желаемой передаточной функцией при настройке контура на технический оптимум.

Рис.7.36. Схемы (а, б) имеханические характеристики асинхрон­ного электропривода (в) при частотном регулировании скорости

Для получения такой настройки нужно выбрать k_o,cиз условияТ₀ = 2Т_

откуда

(7.100)

Значения k_o,c соответствующие выражению (7.100), для при­водов малой и средней мощности при малой постоянной вре­мениТ_мполучаются небольшими, и жесткость механических характеристик в замкнутой системе невысока. При показанной на рис 7.36,аформе характеристики регулятора скорости меха­нические характеристики подобны характеристикам электропри­вода постоянного тока с двухконтурной системой подчинен­ного регулирования тока и скорости двигателя (рис. 7.36, в).

Более высокую точность регулирования скорости могут обеспечить использование ПИ-регулятора скорости и выбор параметров по настройке на симметричный оптимум.

Компенсационный принцип стабилизации магнитного по­тока, использованный в данной схеме, не может обеспечить высокой точности регулирования, так как параметры двигателя при работе претерпевают изменения, вызванные изменениями температуры обмоток, не остается постоянным напряжение сети и т п. Поэтому при высоких требованиях к точности необходимо сочетание регулирования по отклонению с компен­сацией возмущений.