Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Системы управления электроприводом с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора.




На рис 7.4 представлена функциональная схема системы управления электроприводом серииSimovertMasterdrivesVCс отрицательной обратной связью по реальной скорости АД. Система имеет два основных канала управления - угловой скоростью w и модулем потокосцепления ротора çY2ç АД, а также два подчиненны

внутренних контура регулирования составляющих тока статора I1xиI1ув осях х и у ортогональной системы координат, вращающейся с синхронной скоростью w0эл магнитного поля двигателя.

Сигнал задания скорости АД uз предварительно поступает на вход задатчика интенсивности ЗИ, формирующего на выходе два сигнала управления. Основной wз определяет задание скорости АД с темпом, обеспечивающим ограничение рывков и ускорений в соответствии с технологическими требованиями к электроприводу и максимально допустимыми динамическими перегрузками по току и электромагнитному моменту АД. Дополнительный сигнал dw /dtопределяет с учетом коэффициента передачи Км, пропорционального приведенному к валу АД результирующему его моменту инерции, задание динамической составляющей электромагнитного момента Мдин. Результат его суммирования на å3 с сигналом Мс, пропорциональным статическому моменту сил сопротивления на валу АД, формирует задание электромагнитного момента АД Мзр. При этом определение реального сигнала Мс и, соответственно, практическая реализация задания электромагнитного момента требуют наличия датчика статического момента на валу АД. Однако техническая сложность, заметные метрологические погрешности существующих датчиков статического момента на вращающихся валах электрических машин и отсутствие серийного их выпуска, как правило, ограничивают их применение в системах электропривода.

Сигнал рассогласования sа на выходе сумматора å1 основного сигнала управления wз и сигнала w реальной скорости АД с выхода тахогенератора BV, пропорциональный абсолютному скольжению АД, поступает на вход пропорционально-интегрального регулятора скорости РС. Его выходной сигнал uрсформирует сигнал задания Мз электромагнитного момента, необходимого для полной компенсации скольжения АД. На выходе сумматора å2 результирующий сигнал Мзå определяет полное задание электромагнитного момента с учетом возможных изменений статической и динамической составляющих нагрузок на валу АД.

Подобная комбинированная система задания момента (по возмущению и отклонению) применяется в основном для электроприводов, где требуются повышенные динамические показатели качества регулирования. В наиболее распространенных электроприводах канал управления по возмущению, как правило, используется редко, поскольку требует дополнительной и не всегда точно известной информации о реальных значениях статической нагрузки и моментов инерции на валу двигателя. К тому же два параллельно действующих канала управления по отклонению и возмущению требуют более тщательной их настройки и взаимного согласования. С учетом этого в структуре управления электроприводом серииSimovertMasterdrivesVCпредусмотрена возможность отключения либо всего дополнительного канала по возмущению, либо сохранения канала коррекции лишь по динамической составляющей момента.

Результирующий сигнал Мзå ограничивается блоком БО1 на уровне задания, соответствующего выбранному максимальному значению электромагнитного момента АД. Задание этого значения определяется внешними сигналами управления Мmax1 и Мmax2. В зависимости от энергетических режимов работы электропривода предусмотрена коррекция по ограничению максимально допустимых моментов АД (блоки MINиMAX).

Так, при отсутствии дополнительного блока рекуперативного торможения в силовой цепи выпрямителя на входе автономного инвертора напряжения UZFдля ограничения максимально допустимой рекуперируемой активной мощности Ра.mи, соответственно, ограничения перенапряжения на емкостном фильтре выпрямителя, в режиме рекуперативного торможения АД в блоке А2в функции от скорости АД или частоты его питания f1 формируются сигналы Мо1 и Мо2 , уменьшающие уровень задания электромагнитного момента АД. Функциональная связь между Ра.m, частотой f1 с учетом ее максимального значения f1max , качественно отраженная в блоке А2, в электроприводах серии SimovertMasterdrivesVC определена их математической моделью и корректируется при автоматической идентификации параметров электропривода.

Ограничение электромагнитного момента АД связано и с выбором максимально допустимого тока статора I1max. С этой целью в блоке А3 с учетом максимального значения напряжения питания АД U1maxи реального значения составляющей тока статора I1xпо оси xопределяется вектор максимально допустимой составляющей тока статора I1 у. max . Выходной сигнал блока произведения I1 у. max на потокосцепление ротора Y2 , пропорциональный реальному максимально допустимому электромагнитному моменту АД и контролирует ограничение выходного сигнала Мзå .

Для постоянства задания электромагнитного момента при изменении потокосцепления ротора в соответствии с определением момента по (4.42) используется блок деления БД сигнала М*зåна выходе БО1 на сигнал, пропорциональный Y2 . Выход БД формирует сигнал задания I1уз составляющей тока статора по оси у.

Для коррекции по динамической составляющей момента на валу АД в структуре управления электроприводом предусмотрена возможность подключения на вход сумматора å4 сигнала отрицательной обратной связи, пропорционального производной по скорости АД (устройство А1). Ограничение рывков по моменту АД за счет ограничения темпа изменения составляющей тока статораI1уобеспечивается задатчиком интенсивности ЗИТ. Его выходной сигнал, суммирующий на å6 с сигналом отрицательной обратной связью с выхода пропорционально-интегрально-дифференцирующего регулятора РID определяет задание на составляющую тока статора I1у.

Входом РIDявляется выходной сигнал сумматора å5 , где сравниваются сигналы, пропорциональные текущему Ud.ist и установленному максимально допустимому Ud.max напряжениям на выходе выпрямителя UZF. Рассматриваемый узел способствует управлению моментом АД во время кратковременных отключений или возможных уменьшений напряжения питающей сети преобразователя частоты. Прикратковременных отключений сети управление может быть продолжено за счет рекуперации кинетической энергии вращающегося вала АД в цепь выпрямителя UZF. При нагрузках с большим моментом инерции и высокой рабочей скоростью могут быть весьма заметные периоды поддержки рабочего состояния преобразователя.

Сигнал задания потокосцепления ротора y2з формируется в блоке А5. Функциональная связь между реальной частотой f1 выходного напряжения преобразователя и потокосцеплением ротора АД определяет постоянство y2з на уровне задания номинального потокосцепления ротора y2ном при f1£f1max@f1.ном и уменьшение y2з при f1>f1max. Последний вариант обеспечивает работу АД в зоне регулирования скорости выше номинальной при постоянстве номинального напряжения питания статора.

Cигналf1max , корректирующий допустимую максимальную частоту выходного напряжения преобразователя UZF, формируется расчетным путем по модели АД в блоке А4 в зависимости от заданного максимально допустимого напряжения питания статора U1max . Значение U1maxопределяется напряжением Udc на выходе силового фильтра выпрямителя UZF с коррекцией по сигналу мд, пропорционального максимально возможной глубине модуляции выходного напряжения UZF.

Сигнал y2з задания потокосцепления ротора с выхода блока А5 в результате перемножения на выходной сигнал блока А7 преобразуется в сигнал y*2з , изменяющийся во времени с темпом, определяющим время возбуждения АД. Лишь по истечению этого времени, когда возбуждение АД достигнет установившегося значения, в системе управления преобразователем частоты появляется логический сигнал на разрешение управления преобразователем со стороны сигнала uзw управления электроприводом. Отметим здесь полное подобие условию подключения к питающему напряжению якорной цепи двигателя постоянного тока независимого возбуждения лишь при наличии его магнитного потока. Значение времени возбуждения АД может быть задано как внешним сигналом tвблока А7, так и определено при автоматической идентификации параметров АД.

В структуре управления предусмотрена возможность адаптации потока ротора к нагрузке АД, способствующая снижению суммарных магнитных потерь в машине при уменьшении нагрузки. С этой целью сигнал I1уз задания составляющей тока статора по оси упоступает на блок А8, где при заданном минимально допустимом значении потока ротора y2minи заданном коэффициенте адаптации ка формируется сигнал, определяющий поток ротора в зависимости от нагрузки АД. При включенном контуре адаптации потока ротора блок А9 выделяет минимальное значение сигнала задания y*2з .

В соответствии с (7.2) и заданием потокосцепления ротора в блоке А6 по математической модели АД определяется сигнал задания составляющей тока статора I1x. Каждая из составляющих I1у и I1x тока статора сравнивается на å7 и å8 со своими текущими значениями I1у istи I1xist, которые выделяются в блокеUVF векторного преобразования токов IиIв цепи обмоток фаз А и С статора АД. Угол j0.эл поворота осей координат х и у, вращающихся со скоростью электромагнитного поля АД, формируется в блоке А11 согласно частоте f1.

Сигналы рассогласования задающих и реальных значений составляющих тока статора поступают на входы их соответствующих регуляторов РТх и РТу .Выходные сигналы регуляторов после суммирования на å9 и å10 с сигналами компенсации составляющих по (7.6) и учета внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, сформированными в блоке А12, поступают на координатный преобразователь К/Р. В зависимости от его входных сигналов, пропорциональных заданию составляющих выходного напряжения преобразователя в осях х, у на выходе К/Р формируются сигналы u1з и j, определяющие соответственно амплитуду и фазу вектора напряжения в двухфазной системе координат a , b, неподвижной относительно статора АД. Регулятор напряжения РН, на входе которого сравниваются сигналы заданияu1з и реального значения напряжения u1. ist на выходе выпрямителя UZF, обеспечивает стабилизацию его выходных напряжений. Сигналы задания выходного напряжения преобразователяu1 и j совместно с сигналом f1, определяющим частоту выходного напряжения преобразователя частоты, трансформируются в преобразователе координат ПК в эквивалентные сигналы u , u, u трехфазной системы координат, определяющие выходные напряжения UZF.

Формирование сигналаf1 задания частоты выходных напряжений UZFобеспечивается суммированием на å11 и å12 сигнала w реального значения скорости АД, поступающего с тахогенератора BV, и сигналов fsI,f, определяющих частоту скольжения АД соответственно в функции тока и ЭДС двигателя. ВычислениеfsI осуществляется в блоке IM математической модели двигателя по току, на вход которого совместно с текущими значениями I1у istи I1xist составляющих тока статора в осях х, у подается сигнал R2 ,пропорциональный сопротивлению ротора АД.

В блоке ЭФМ математической модели АД, на вход которого кроме текущих значений I1у istи I1xistсоставляющих тока статора поступает сигнал R1 , пропорциональный результирующему сопротивлению цепи статора, формируются два выходных сигнала: y2 - определяющий потокосцепление ротора, и Е1 - пропорциональный ЭДС двигателя.

В серии SimovertMasterdrivesVC реализована логика управления, обеспечивающая раздельное подключение сигналовfsIи fsЭ на вход å11 и å12 в зависимости от заданной частоты выходного напряжения UZF . При малых частотах действует контур коррекции по току, обеспечивая компенсацию падения напряжения на сопротивлении статора ; при больших частотах – по ЭДС двигателя, обеспечивая коррекцию скорости АД. Выбор частоты, при которой переключаются контура коррекции, определяется экспериментально по аналогии с настройкой соотношений U1/f1в разомкнутых структурах скалярного управления АД (раздел 5.2). Максимально допустимая частота выходного напряжения UZF ограничивается сигналом fогр блока БО2.

Значения сигналов R1 и R2 формируются в блоке А10 тепловой модели АД, куда поступает совокупность сигналов рå , включающих в себя информацию о сопротивлениях цепи статора и ротора, определенных при автоматической идентификации параметров двигателя, степени влияния на них температуры собственно двигателя и окружающей среды, условий охлаждения двигателя, о наличие выходных фильтров преобразователя.

В соответствии с принципом работы рассматриваемой системы управления на рис.7.5 приведены качественные зависимости ее основных переменных в функции от момента АД при постоянном сигнале задания скорости (рис. 7.5, а) и в функции от сигнала управления скоростью при постоянном статическом моменте Мс¹ 0 (рис.7.5, б).

Как результат действия ПИ-регулятора скорости механическая характеристика АД имеет в области нагрузок Мс<Мс.maxабсолютную статическую жесткость (линия 1 на рис.7.5, а1), а при Мс³Мс.maxмеханическая характеристика за счет ограничения выходного сигнала регулятора скорости и ПИ-регуляторов составляющих тока статора в осях х , у абсолютно мягкая (линия 2-3 на рис.7.5, а1). Стабилизация скорости связана с увеличением выходного сигнала регулятора скорости uрси соответствующим увеличением сигнала задания М*зå электромагнитного момента АД (рис.7.5, а7). Последнее приводит к увеличению напряжения U1и частоты f1на выходе UZFпо мере увеличения статической нагрузки Мс1 (рис.7.5, а2, а3) и, соответственно, увеличению по сравнению с исходной w0.0 скорости идеального холостого хода w0.1 (при Мс1) двигателя. Штриховые линии механических характеристик АД на рис.7.5, а1 отражают перемещение исходной характеристики М0 при увеличении нагрузки.

При Мс= Мс.max, когда произойдет ограничение выходного сигнала uрсна уровне максимального значения М*зåmaxблока БО1, и при абсолютной скорости АД, равной нулю, напряжение U1 и частотаf1 будут соответствовать значениям (точки 3 на рис.7.5, а2, а3), при которых скорость идеального холостого хода АД равной w0.с (рис.7.5, а1).

По мере увеличения нагрузки составляющая I1у тока статора, определяющая момент АД, также увеличивается (рис.7.5, а4), а составляющая I1x , как и определяемое ею потокосцепление ротора y2 сохраняются постоянными (рис.7.5, а5, а6).

При отсутствии сигнала задания скорости АД (uз =0) и наличии на его валу постоянного реактивного момента сил сопротивления Мс¹ 0 начальные выходное напряжение U1.0 и частота f1.0 преобразователя равны нулю. Если же момент сил сопротивления активен, то выходное напряжение U1.0 и частота f1.0 преобразователя соответствуют значениям, при которых начальная скорость идеального хода АД w0.0 ¹ 0 и механическая характеристика двигателя обеспечивает при w = 0 момент Мс(рис.7.5, б2, б3). Соответственно этому моменту определяются и начальные сигналы uрс. 1, М*зå.1 , I1у.1 (рис.7.5, б6, б7). При этом сигналы I1x.1 и y2.1 определяют номинальное потокосцепление ротора (рис.7.5, б5, б6).

По мере увеличения сигналаuз напряжение U1 и частотаf1 на выходе преобразователя UZF также увеличиваются. При uз= uзн выходное напряжениеUZF и его частотадостигают номинальных значенийU1номиf1ном. В соответствии с ними устанавливается номинальное значение скорости идеального холостого хода АД w0.ном. Дальнейшее увеличение uз и частоты f1 сопровождается постоянством напряжения U1 =U1номна выходе UZF и переходом работы АД в зону уменьшения потокосцепления ротора за счет снижения составляющейI1xтока статора (рис.7.5, б5, б6). Максимальный момент АД при этом также уменьшается.

При uз= uзmaxскорость идеального холостого хода АД устанавливается на максимально заданном уровне w0.max, соответствующем f1.огр(точка 2 на рис.7.5, б). Составляющаятока статора и соответствующее ей потокосцепление ротора устанавливаются при этом на минимальном уровне I1x.2 и y2.2 (рис.7.5, б5, б6).

В приведенной системе управления диапазон регулирования скорости АД при номинальной нагрузке и точности регулирования скорости на уровне 5% с учетом двухзонного регулирования практически достигает 1:50 при использовании аналогового тахогенератора и 1:200 при применении цифрового датчика скорости.

Возможность избежать применения тахогенератора как элемента, требующего дополнительной, точной и надежной его установки на валу АД, реализуется в системах, где обратная связь по скорости заменяется обратной связью по ЭДС двигателя. В серии SimovertMasterdrivesVC сигнал обратной связи по ЭДС двигателя wЭ поступает на сумматор å1 с выхода блока ЭФМ математической модели АД, а формирование частоты f1 выходного напряжения UZF осуществляется суммированием на å11 и å12 сигнала задания скорости wз и сигналов fsIи f с выхода блока IM математической модели двигателя по току и регулятора ЭДС двигателя (рис. 7.6 ). Все остальные блоки схемы управления электроприводом (на рис. 7.6 сгруппированы в блоке СУЭ) и функциональные связи между ними остаются при этом без изменения.

Качество регулирования скорости в подобных системах управления зависит от степени соответствия математической модели ЭФМ и установленных в ней параметров реальной электрической машине и, как правило, заметно уступает системам с датчиками скорости.


 

 

Б01 БД I1y3   M3å y2  
            Uu  
РС + sа + Мзå w - w А1   +
+ å4 -
Mс å3 Mзр å2  
uз  
dw/dt Mдин + +
            Uu  
            Uu  
КМ  
            Uu  
-1  
MIN  
Mmax1 Mmax2
            Uu  
MAX  
Pa,m     f1
            Uu  
´
y2   А3   I1ymax  
´
I1max     I1x  
I2t I1max     I1x  
u  
u1 max  
А4  
f1max А5 y  
y2ном   f1
            Uu  
        Uu  
ЗИТ t  
´
        Uu  
А7 tв t  
 
кa  
+ å6 -
Ud.ist- + Ud.max   å5  
            Uu  
PID  
I1у  
А6  
I1х  
f1 w    
y2  
мд  
Mо1 А2Mо2  
f1max
А8  
å1
min  
y2min  
А9y*2з  
I1ук  
  Рис.7.4. Функциональная схема системы управления с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД  
ЗИ  
UрсºМз  
å10+ +
А10  
А12  
å8 -
            Uu  
å7 -
            Uu  
рå  
y2 РЭ wЭ    
РТх  
ЭМФ  
IM  
UVF  
            Uu  
fsI   + å11 _ + w
+ å9 +
К   Р
+ å12 +
            Uu  
БО2 fогр f1
f
f0.эл   А11 f1
I1y     I1x       I1С I1A
I1yist I1xist      
            Uu  
РТy  
y2
R1   R2  
u1.ist u1А u1в u1с    
    UZF
 
 
М  
BV  
РН  
I I1A      
  u1зu1 j f1    
f1 -
f1 w -
    ПК
  Рис.7.4. Функциональная схема системы управления с косвенной ориентацией по вектору потокосцепления ротора АД (продолжение)  

 

 

w0 w0. max 2 w0.ном1       w0.0uз 0uзнuзmax
w w0.2 w0.1 w0.0   w0М 0Мс.1Мс. max    

                             
1 2  

                             
                             
4)
4)
3)
3)
1)
1)

                             

U1 U1. ном1 2 U1.0 0uзнuзmax  

 

U1 1 2 U 1.0 Мс.1Мс. max      

                             
                             
М
2)
2)

                             

 

f1 1 2 f1.0 3 0М с.1Мс.max    
f 1   f1.огр 2 f1.ном f1.0 0uзнuзmax  


                               

                             
М

                             

 

I1у 2,3 М 0 М с.1Мс. max    


I1у1 1 2   uз 0uзнuзmaxuз    

                I1у            
                             
                             

I1х 12,3 М 0 М с.1Мс. max    

 


I1х I1х12 I1х2 uз 0uзнuзmax  

                             
                             
5)
5)

                             

 

 

y2 12,3 М 0 М с.1Мс.max    


y2 y21 1 y222 uз 0uзнuзmax  

                             
                             
7)
7)
6)
6)

                             

 

uрс 12,3   uз 0 uзнuзmax    
М*зå uрс2,3   М 0 М с.1Мс.max    
М*зåmax


                             
                             

 

а) б) Рис. 7.5. Зависимости переменных системы управления электроприводом при uз= const , М = var (а) и при uз=var , Mc£Mc. max¹ 0 =const (б)


 

 

+ + å11å12
wЭ ffsIfогр  
  u1 j f1  
    CУЭ
+Mс å3 _ å2  
uз  
РС +   + sа - w3 ДС wр   +
dw/dt Mдин +   å1
            Uu  
            Uu  
КМ  
            Uu  
+ +  
    UZF
 
 
М  
  Рис.7.6. Система управления электроприводом без датчика скорости  
ЗИ  
    ПК
u1А u1в u1с    
            Uu  
БО2
I1СI1A      

 

 


 



Поделиться:

Дата добавления: 2015-04-18; просмотров: 127; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.005 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты