Файл: Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.07.2024
Просмотров: 119
Скачиваний: 1
Принимая во |
внимание |
(1-7), |
(1-59), получаем для |
|||||
н. с. ротора по осям d и q: |
|
|
|
|
|
|||
F2q = up, b i f E . K 0 u o |
cos fty. |
(1-60) |
||||||
|
||||||||
Проекции суммарных н. с. статора « ротора на осях |
||||||||
dug находим |
из |
(1-58) |
и (1-60): |
|
|
|
||
Fd = |
/(„до, |
cos C1J — uQ sin Q„t -4- |
|
|||||
|
+ — ^ ' Л Г ' , |
С "nSin о / |
; |
|
||||
F„ = K.0w, ^ — uD |
|
|
|
|
(1-61) |
|||
sin |
|
— |
H q cos Q,/-j- |
|||||
Можно принять: |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
(1-62) |
Действительно, для / ^ м а к с |
и L имеем: |
|
||||||
^id„aK c = |
May2 , L = |
(X-)rX1)wl, |
|
|||||
где Я — основная |
проводимость |
машины; Яа — проводи |
||||||
мость рассеяния |
ротора. |
|
|
|
|
|
||
Тогда |
|
w2 |
L i d |
|
|
X |
|
|
|
|
м а к е |
|
|
||||
|
|
|
L |
|
Х+ Х2 |
|
|
|
Так как Яг во много раз меньше Я (примерно |
в 20— |
|||||||
25 раз) [Л. 27, 32], то выражение |
(1-62) является допу |
|||||||
стимым. Из (1-61) с учетом |
(1-62) получаем: |
|
||||||
|
Fd = Kaw1uDcosClJ; |
|
| |
|
||||
|
Fч = — KawluD |
sin ClJ. |
J |
|
||||
Из этих выражений следует, |
что суммарный |
вектор |
н. с. статорных и |
роторных обмоток вращается с угло |
вой скоростью Q 2 |
по отношению к ротору, опережая его. |
Величина вектора |
н. с, а следовательно, и поток маши- |
41
ны определяются сигналом LID независимо от сигнала UQ, от которого зависит только скорость Q 2 вектора н. с. Другими словами, линейное регулирование момента при
изменении сигнала |
uQ и при « D = e o n s t в приводе |
с асин |
хронной машиной |
происходит при постоянном |
потоке |
машины.
Заметим, что этот вывод справедлив при выполнении условия (1-62), т. е. при пренебрежении индуктивностью рассеяния роторных обмоток. В [Л. 19] показано, что ес ли учитывать индуктивность рассеяния роторных обмо ток, то при определении моментов и режимов работы асинхронной машины необходимо принимать во внима ние нелинейность кривой намагничивания магннтопровода (учитывать насыщение машины).
На рис. 1-11 представлена структурная схема приво да с короткозамкнутой асинхронной машиной. Эта схема получена на основе схемы рис. 1-4, в которой механиче-
Рис. 1-11. Структурная схема асинхронного при вода с частотно-токовым управлением.
ский дифференциал заменен на дифференциальный дат чик углового положения 12— дифференциальный СКВТ. Формирование момента машины происходит на основе (1-56) и (1-57) при uD =const. Датчик 12 приводится во вращение вспомогательной электромеханической систе мой 13, на вход которой подается сигнал uQ. Угловая скорость Q2 датчика 12 определяется сигналом uQ в со ответствии с (1-56). Момент на валу этого привода является линейной функцией сигнала UQ. При этом, как
42
было показано, магнитный поток в машине можно счи тать постоянным. Такой режим работы асинхронной машины аналогичен режимам работы синхронных ма
шин при UD=const (•§ 1-4).
В [Л. 19] рассмотрены статические законы частотнотокового управления асинхронным 'Приводом, при кото рых можно обеспечить либо минимальные потери в асин хронной машине, либо максимум момента при заданном токе преобразователя энергии с учетом насыщения ма шины, либо наиболее простую схему управления приво дом. Для всех названных в :[Л. 19] примеров регулирова ния момента характерно, что шюток машины не остается постоянным. Кроме того, в некоторых случаях из (Л. 19] зависимости тока статора, частоты Qz и момента от сиг нала UQ оказываются нелинейными.
Известно, что если управление машиной связано с изменением ее магнитного потока, то динамические свойства привода будут хуже свойств 'привода, в кото ром управление машиной осуществляется при постоян стве потока. Нежелательно с точки зрения динамиче ских режимов работы привода и наличие нелинейных звеньев в контуре управления машиной. Поэтому в при водах замкнутых систем регулирования, для которых по казатели качества регулирования, как правило, важней энергетических показателей, рассмотренный способ фор мирования момента (закон управления) является наибо лее удобным.
Рассмотрим работу асинхронной машины в приводе рис. 1-11. Согласно (1-57) момент машины не зависит от частоты и направления вращения ротора и, следова тельно, механические характеристики привода являются мягкими, как и характеристики рассмотренных выше син
хронных |
приводов (рис. 1-5). Асинхронный привод |
рис. 1-11 |
удовлетворяет требованиям, предъявляемым |
к приводам замкнутых позиционных и скоростных си
стем регулирования. |
Как в |
заторможенном |
состоянии |
(0 = const, Q = 0), так |
и при |
любом значении |
скорости |
ротора Q в пределах рабочей зоны привод |
развивает |
||
момент, линейно зависящий |
от сигнала UQ. Изменение |
знака момента происходит при изменении знака сигнала UQ. При этом изменяется направление вращения датчи ка 12.
На валу 'Привода могут 'быть получены значительные перегрузочные моменты, для чего в схеме привода пре-
43
дусматривается формирование соответствующих значе ний токов статора и скоростей 0,2 датчика 12 (частот то ков ротора). Линейная зависимость перегрузочных мо ментов от сигнала uQ нарушается из-за насыщения при токах статора, превышающих номинальный ток в 4 и более раз. В реальном приводе с асинхронной машиной предусматривается ограничение сигнала UQ, что позволя ет ограничить величину токов статора и частоту токов ротора Q2, т. е. ограничить и токи ротора. Ограничение происходит по эффективному значению.
В замкнутой системе регулирования скорости или по ложения вала нагрузки (рис. 1-3) на основе асинхронно го привода возможно скачкообразное изменение сигнала на входе системы (на входе привода), а также ударное приложение нагрузки. Асинхронная машина не будет при этом опрокидываться — не будет провала момента. Объ ясняется это тем, что в названных режимах работы в приводе будет формироваться максимально возможный сигнал г/<гмаксПри этом токи в статоре, частота токов ротора (токи в роторе) и момент машины будут строго определены этим максимальным значением сигнала uQ.
Следует отметить, что при частотно-токовом управ лении в роторе асинхронного двигателя не бывает боль ших значений частот и токов, поэтому конструирование асинхронных машин специально для использования в приводах с частотно-токовым управлением можно про изводить без учета обычных требований пуска машины при больших частотах и токах т потере. При конструи ровании асинхронной машины для частотно-токового управления нужно стремиться к уменьшению индуктив ности рассеяния обмоток ротора. При малой индуктив ности рассеяния роторных обмоток будет обеспечиваться практически линейная зависимость перегрузочных мо ментов машины от сигнала щ.
Что касается активного сопротивления роторных об моток, то с целью уменьшения потерь его целесообразно уменьшать. Согласно (1-55) и (1-56) это сопротивление влияет «а регулировочные характеристики асинхронного привода. Если оно будет сильно изменяться с температу рой, то и момент привода также будет изменяться. Это обстоятельство является нежелательным для приводов замкнутых систем регулирования.
Рассмотрим установившийся режим работы привода рис. 1-11, который характеризуется постоянством скоро-
44
стей Q и |
|
П У С Т Ь |
Д Л Я углов 6 и у имеем: |
|
|
|
||||
|
|
|
|
0 = Q M |
|
|
|
|
|
(1-64) |
Круговая частота Qi токов статора для двухполюсной |
||||||||||
машины в |
приводе |
рис. 1-11 определится как |
|
|
||||||
|
|
|
|
Q,=Q + Q2. |
|
|
|
|
|
(1-65) |
Из (1-20) |
чтри |
К= 1 с учетом |
(1-64), |
(1-65) |
имеем: |
|||||
|
ii — Кв |
(ип cos Cl.t — ип |
sin Cl.t); |
I |
) |
|
(1-66) |
|||
|
|
i |
|
« |
|
" |
|
|
||
|
t e = / C 0 ( u o s m Q 1 f - f - u Q c o s |
|
J |
|
|
|
||||
Принимая во внимание (1-43), а |
также выражения |
|||||||||
для токов (1-59), (1-66), из (1-15) |
получаем: |
|
|
|||||||
|
Uf = |
rlK0 (tiD cos O.f — uQ sin Q,0 -f- |
|
|
||||||
+ 4 i a « e |
|
[K0 (UD C 0 S Q i ' — " Q S I N Q i 0 l + |
|
|
||||||
|
|
|
+ % ^ - 5 r ( ^ . " Q s i n Q , f ) . |
|
|
|
(1-67) |
|||
С тем чтобы упростить выкладки, |
примем: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
Wi = w2=w. |
|
|
|
|
|
(1-68) |
При выполнении (1-68) выражение для Fd из (1-61) |
||||||||||
имеет вид: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fd = K0w |
(uD |
cos Ш - uQsin C1J + |
bi™™ u^ s |
i n |
£ ц j _ |
|||||
Учитывая, что при 0 = 0 оси обмоток |
Wf и Wa совпа |
|||||||||
дают, получаем для результирующей |
н. с. Fd}, приведен |
|||||||||
ной к обмотке |
W/, следующее выражение: |
|
|
|
||||||
Fdj = w |
К0 |
fuD |
cos n,t - uQ sin Q,f + |
b s p i uQ |
sin Q,^ |
где в квадратных скобках заключено выражение для намагничивающего тока /о асинхронной машины.
Выделив в выражении |
(1-67) |
ток to, после дифферен |
||
цирования получим: |
|
|
|
|
iif = r^K0 |
(uD cos Cltt — uQ sin Q.,t) — |
|||
— (£Мпкв — L i d |
м а к с ) Q,/C0 (uD sin + |
uQ cos Q,f) — |
||
« D s i n Q ^ + |
« Q ( l - |
bi^sL^ |
CQSQJ (1-69) |
45
Воспользуемся обозначениями из (1-30) и введем но вые
Ч — h! |
К OUD cos Q,/ = |
ioX; |
(£макс |
— L u |
i м а к с ) Q, — л",; |
||
l 5 , a K 0 |
A>Q sinQ,^: |
4 |
|
— A 0 « Q |
|
||
|
|
|
X |
sin QJ — ioy; |
(1-70) |
||
4d макс^.К, |
uD |
sin Q,f + |
« Q ( 1 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
X |
cosO,i! |
|
|
|
Тогда (1-69) |
можно |
записать в |
комплексной форме |
||||
причем |
|
^ |
= |
|
|
|
(1-71) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IQ — I ох |
|
(1 - 72) |
||
|
|
|
~Ь^оУ- |
' |
В соответствии с (1-71), (1-72) на рис. 1-12 построена векторная диаграмма для двигательного режима работы привода, а на рис. 1-13 — для генераторного (сигнал UQ взят со знаком минус). Так как при выполнении (1-68) приведенные значения токов и напряжений равны истин ным величинам тех же токов и напряжений, на вектор ных диаграммах 'рис. 1-12 и рис. 1-13 использованы обо значения истинных токов и напряжений.
Определим электромагнитный момент двигателя. Для асинхронного двигателя из [Л. 27] момент равен:
|
М = ml' |
rJQs. |
(1-73) |
|
Из |
(1-70) получаем: |
|
|
|
|
^ 1 dмакс |
^"о |
V |
(1-74) |
|
L |
у 2 |
||
|
|
|||
Тогда, принимая во внимание |
(1-56) |
и (1-74), при |
||
т=2 |
имеем: |
|
|
|
Это выражение совпадает с (1-57). Из (1-70), пре небрегая индуктивностью рассеяния обмоток ротора (L =
46