Файл: Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением.pdf

В замкнутой системе регулирования сигнал на входе при­ вода переменного тока иу образуется как разность сиг­ нала задания иа на входе системы регулирования и сиг­ нала обратной связи и0_й, получаемого с датчика обрат­ ной связи ДОС. Использование в замкнутой системе регулирования привода с частотным управлением не исключает необходимости строгого решения (1-1) — (1-6) и потому не приводит к упрощению схемы управления приводом. Следовательно, реализация этой системы регу­ лирования остается такой же сложной проблемой, как ц реализация рассмотренной выше разомкнутой системы регулирования скорости.

1-2. ЧАСТОТНО-ТОКОВЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ М А Ш И Н А М И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Рассмотрим привод переменного тока, з котором входному сигналу соответствует электромагнитный мо­ мент машины, и назовем его приводом с управляемым моментом. В схеме управления таким приводом не нуж­

У привода с управляемым моментом момент не зависит от частоты вращения вала (механические характеристи­ ки являются идеально мягкими). В разомкнутой системе

углового положения вала нагрузки привод с управляе­ мым моментом должен быть включен в замкнутую си­ стему регулирования (рис. 1-3). В приводах с управляе­ мым моментом на базе синхронных и асинхронных ма­ шин, используемых в замкнутых системах регулирования, не могут возникнуть такие режимы, при которых син­ хронная машина выпадет из синхронизма, а асинхрон­

двигателя из-за энергетических возможностей привода окажется меньше суммарного момента нагрузки, привод

12

Дальнейшее значительное упрощение схемы управле­ ния приводом переменного тока связано с переходом к формированию мгновенных значений токов в обмотках •машины в соответствии с входным сигналом, а не напря­ жений, как предполагалось выше. Для этого необходимо построить статические'преобразователи энергии в виде •систем регулирования, замкнутых по мгновенным значе­ ниям токов в обмотках машин переменного тока. На входы этих систем регулирования от схемы управления привода поступают сигналы о требуемых мгновенных значениях названных токов. При этом напряжения на обмотках машины, определяемые (1-1) — (1-4), образуют­ ся автоматически в зависимости от режима работы ма­ шины и поэтому не требуется специальной аппаратуры в схеме управления для решения этих уравнений.

Для большинства типов синхронных машин практи­ чески исключаются из рассмотрения (1-1) — (1-4), а для определения токов в обмотках машины остается (1-5), решение которого и должно быть осуществлено в схеме управления приводом. Например, для синхронного дви­

ном входном сигнале % строго определяются угловым положением ротора машины и удовлетворяют требова­

порциональности.

В общем случае для привода с /n-фазной машиной дополнительные условия сводятся к тому, что мгновен­ ные значения токов статора должны определяться угло­ вым положением ротора машины и отвечать требовани­ ям, предъявляемым к мгновенным значениям т токов, составляющих симметричную m-фазную систему с амп­ литудой токов, пропорциональной сигналу ыу. При этих дополнительных условиях, можно получить достаточно простые решения (1-5), реализация которых не встречает практических трудностей, в схеме управления привода достаточно использовать датчик углового положения ва-

13

ла типа синусно-косинусного вращающегося трансфор­

управления приводами с различными машинами пере­ менного тока. Отметим только, что для всех приводов с управляемым моментом путем задания мгновенных значений токов в обмотки машин общими являются тре­ бования к мгновенным значениям токов, сформулирован­ ные выше. Описанный способ управления моментом ма­ шины переменного тока называют частотно-токовым спо­ собом [Л. 8—14], ему можно дать следующее определе­ ние.

Частотно-токовым способом управления называется такой способ, при котором в обмотки электрической ма­ шины задаются токи, мгновенные значения которых опре­ деляются входным сигналом (требуемым моментом) и угловым положением ротора машины и при этом отве­ чают требованиям, предъявляемым к мгновенным значе­ ниям токов многофазной симметричной системы.

Для статических режимов работы привода по анало­ гии с определением частотного способа управления ско­ ростью машины переменного тока можно дать другое определение частотно-токового способа управления мо­ ментом машины, пользуясь понятиями частоты и фазы токов. При частотно-токовом способе управления момен­ том машины переменного тока в обмотки машины за­ дается ток, величина которого строго соответствует вход­ ному сигналу, а частота и фаза тока определяются соот­ ветственно частотой вращения и угловым положением ротора машины.

Если давать определение частотно-токового способа управления применительно к конкретному типу машины, то можно сформулировать законы задания величины и частоты (фазы) токов (Л. 8, 10—12, 19]. Приведенные здесь определения способа регулирования подчеркивают лишь то общее, что присуще частотно-токовому способу управления любой машиной переменного тока. В общем случае, как будет показано ниже, на вход привода с ча­ стотно-токовым управлением подаются два независимых входных сигнала, определяющие токи в обмотках и обес­ печивающие управление машиной по двум взаимно-пер­ пендикулярным осям. При этом оказывается возможным не только регулировать момент, но также и задавать режим работы машины с желаемыми потоком намагни-

14

чивания и потреблением реактивного тока от преобразо­ вателя энергии.

Частотно-токовый способ управления может быть применен ко всем машинам переменного тока, частота вращения которых определяется частотой питающего источника.

Помимо названных выше машин, к ним относятся синхронно-реактивные и гистерезисные машины, раз­ личные типы машин с электромагнитной редукцией (редукторные машины, машины с катящимся и волно­ вым ротором).

В настоящее время известно значительное количество различных приводов переменного тока, в которых при­ меняются элементы как частотного, так и частотно-токо­ вого управления. В [Л. 37, 38] описаны приводы, в кото­ рых формирование мгновенных значений токов в фазах ведется не строго в соответствии с вышеприведенным определением частотно-токового способа управления. В этих приводах управляющий сигнал формирует вели­ чину тока в фазах машины, форма которого близка к прямоугольной. В некоторых приводах управляющий сигнал формирует частоту токов машины и, следова­ тельно, ее скорость (как и при обычном частотном управлении). В этих приводах имеется внутренний кон­ тур регулирования тока: ток в фазах машины фор­ мируется в соответствии с сигналом, являющимся разностью между управляющим сигналом и сигналом, получаемым от датчика углового положения вала машины.

В (Л. 39—43] рассмотрены системы регулирования синхронными и асинхронными машинами, объединенные общим названием «Transvektor» (преобразование векто­ ров). В этих системах используются по существу раз­ личные способы управления. В [Л. 40, 41, 43] описан спо­ соб управления, при котором мгновенные значения токов определяются входными сигналами и угловым положени­ ем рабочего потока машины, а не положением ротора, как при частотно-токовом управлении. При этом способе могут быть получены регулировочные и механические характеристики, а также режимы работы машины, близ­ кие к характеристикам и режимам, получаемым при ча­ стотно-токовом управлении. Однако при этом вместо дат­

15

43] необходимо применять специальные измерители по­ тока, устанавливаемые в воздушном зазоре машины, и значительно усложнять схему управления.

В [Я. 39, 42] рассмотрен способ управления синхрон­ ной машиной, при котором мгновенные значения токов определяются в зависимости от углового положения по­ тока машины, как и в приводах [Л. 40, 41, 43]. Однако для определения углового положения потока предвари­ тельно определяется угловое положение ротора с по­ мощью датчика углового поворота. Схемы управления приводов, описанных в [Л- 39, 42], оказываются значи­ тельно сложней аналогичных схем приводов с частотнотоковым управлением, что вряд ли оправданно.

В приводах [Л. 39—43] общими являются операции по преобразованию векторов (transvektor), что, по-видимо­ му, и определяет их название. На наш взгляд, это назва­ ние неудачно, так как, во-первых, не отражает существа способа управления приводов [Л. 39—43] — ориентации на поток, и, во-вторых, преобразование векторов (trans­ vektor) применялось и применяется в приводах, описан­ ных значительно раньше названных приводов. Напри­ мер, преобразование векторов осуществляется в приво­ дах с частотно-токовым управлением.

Остановимся коротко на основных, известных в на­ стоящее время работах по приводам с частотно-токовым

лирования величины и углового положения потока син­ хронного генератора. Регулирование потока генератора осуществляется путем подачи в трехфазную обмотку воз­ буждения генератора трехфазной системы токов, вели­

типа сельсин, одна из которых устанавливается на валу генератора, а другая — на валу маломощного синхрон­ ного двигателя, питаемого от той же сети переменного тока, к которой подключается генератор. Преобразова­ тели энергии, роль которых играют электромашинные преобразователи, охвачены обратными связями по мгно­ венным значениям токов в обмотках возбуждения гене­ ратора.

16

Эта система регулирования имеет много общего с из­ вестными в настоящее время схемами приводов с частот­ но-токовым способом управления асинхронными маши­ нами двойного питания, в которых питание статорных (роторных) обмоток производится от промышленной се­ ти, а питание соответственно роторных (статорных) об­ моток— от источника с регулируемым током [Л. 45]. Надо отметить, что задача, решаемая в [Л. 50], была сформулирована еще в [Л. 48, 49], в которых показаны также и схемы практической реализации системы управ­ ления возбуждением синхронного генератора, имеющего многофазную обмотку на роторе. В этих схемах осущест­ вляется измерение скорости и углового положения вала генератора, для чего на валу устанавливается специаль­ ный датчик названных параметров.

В (Л. 8—10], относящихся к 1962—1963 гг., было пол­ ностью раскрыто существо частотно-токового способа управления синхронной и асинхронной машинами. При этом в ![Л. 10] впервые был применен термин «частотнотоковый». В [Л. 8, 9] рассматривается привод с синхрон­ ной машиной, имеющей возбуждение. Сигнал управления на входе привода задает величину токов в статорных обмотках машины, а фазы (частота) токов определяются угловым положением ротора, с которым для этого сое­ диняется датчик углового положения (бесконтактный сельсин).

(гладкая) составляющая тока на выходе преобразовате­ ля в точности соответствует сигналу на его входе, а мгно­ венное значение тока отличается от значения, задавае­ мого входным сигналом. При этом максимальное отли­ чие является заранее выбранным, т. е. выходной ток преобразователя помимо гладкой составляющей имеет •пульсирующую составляющую, амплитуда которой остается неизменной, а частота этой составляющей (ча­

за счет применения в нем жестких обратных связей по мгновенным значениям токов в обмотках машины и за счет использования элемента сравнения с нелинейной характеристикой типа «гистерезис». В этом приводе

2—318