Система автоматического управления асинхронным тяговым электродвигателем

Современные системы частотно-управляемых асинхронных электроприводов строятся по принципу подчиненного регулирования.

При использовании системы координат, связанной с потоко- сцеплением статора Ч^ или основным потокосцеплением Ч*т, канал управления модулем потокосцепления со стороны статора необходимо формировать по одноконтурной схеме, а в случае использования системы координат, связанной с потокосцеплением ротора Ч^, — по двухконтурной схеме подчиненного регулирования.

При использовании любых других систем координат системы управления оказываются либо более сложными, либо не обеспечивают требуемое качество регулирования переходных процессов.

Наиболее рациональной является система управления, построенная в системе координат, ориентированной по результирующему вектору потокосцепления ротора двигателя. В этом случае модуль вектора потокосцепления ротора двигателя определяется проекцией Ild вектора тока статора на ось d системы координат (d—q), связанной с вектором потокосцепления ротора (см. формулу (5.69)), а электромагнитный момент двигателя — произведением модуля потокосцепления ротора двигателя Ч*2 на вторую (квадратурную) составляющую вектора тока статора /j (см. формулу (5.72)). Таким образом, можно построить двухканальную систему регулирования асинхронным тяговым электроприводом с независимым управлением потокосцеплением и электромагнитным моментом.

Отличительной особенностью системы векторного управления асинхронным тяговым электроприводом является необходимость использования дополнительного вычислительного блока, в котором производится оценка модуля вектора потокосцепления ротора *Р2 и его текущего углового положения. Это производится путем решения в реальном времени системы дифференциальных уравнений, составленных в соответствии с математической моделью асинхронного электродвигателя.

Функциональная схема системы автоматического управления асинхронным тяговым электроприводом при векторном управлении с использованием вращающейся системы координат (d—q) приведена на рис. 5.11. Питание двигателя осуществляется от источника постоянного тока через автономный инвертор напряжения АМН. В приведенном на рис. 5.11 варианте схемы применены быстродействующие токовые контуры, управляемые во вращающейся системе координат. Поэтому контуры регулирования токов по прямой /jj и квадратурной /1(? осям включают в себя преобразователи координат прямого и обратного каналов (ПКП и ПКО). На входах регуляторов токов РТ1 и РТ2 сравниваются между собой сигналы задания токов , и истинные значения соответствующих то

ков. Выходные сигналы регуляторов тока U*d и 17* являются сигналами задания напряжения инвертора. Во вращающейся системе

координат напряжения на выходе инвертора иы, ихв и и создают токи в статорных обмотках двигателя ilA, ilB и ilc, которые после преобразования их в ПКО во вращающуюся систему координат служат сигналами обратных связей по току.

Модель потокосцепления ротора показана на рис. 5.10. Для формирования ее структуры использована формула для угла поворота вектора тока статора 0j для случая ориентации вещественной оси вращающейся системы координат по вектору потокосцепления ротора:

где 0vj/ — угол поворота вектора потокосцепления ротора 4^ в вращающейся системе координат (d—q)-,

0 — угол поворота ротора в системе координат (а — (3);

Функциональная схема системы автоматического управления асинхронным тяговым электродвигателем

Рис. 5.11. Функциональная схема системы автоматического управления асинхронным тяговым электродвигателем

при векторном управлении

где 5 — угол между векторами Ч,2 и ^ (угол нагрузки).

Выражение (5.69) показывает, что при ориентации вещественной оси вращающейся системы координат по вектору потокосцеп- ления ротора значение потокосцепления однозначно определяется составляющей тока статора по прямой оси d. Выражение (5.70) позволяет при известном значении потокосцепления рассчитать значение частоты роторной ЭДС оэ2 из составляющей тока статора по квадратурной оси q. Расчет потокосцепления ротора и частоты роторной ЭДС по приведенным формулам обеспечивает ориентацию оси d по вектору Ч? .

Кроме модуля потокосцепления ротора и частоты ротора в модели потока рассчитывается текущее значение угла поворота 0] вращающейся системы координат (d—q) относительно связанной со статором неподвижной системы координат (а — (3), а также значение электромагнитного момента двигателя Мэм (см. формулу (5.72)). Сумма измеренной и умноженной в модели на число пар полюсов zp частоты вращения ротора w и рассчитанного значения угловой частоты тока ротора ю2, определяет текущее значение угловой частоты напряжения статора coj = ш + ш2. Интегрирование этой величины в интеграторе дает текущее значение угла 0j. Это значение используется в блоках и е 70' преобразователей координат ПКП прямого канала и ПКО канала обратной связи для расчета необходимых значений sin 0, и cos 0.

При ориентации оси d по вектору 4J2 и расчете через амплитудное значение потокосцепления ротора, а также проекции вектора тока статора на квадратурную ось q электромагнитный момент рассчитывается по выражению (5.72).

Система управления электроприводом, выполненная во вращающейся системе координат, построена по принципам подчиненного регулирования. Внешним по отношению к контуру тока по оси d является контур регулирования потокосцепления ротора с регулятором потока РП. Выходной сигнал регулятора потока представляет собой сигнал задания составляющей тока статора по вещественной оси L На входе регулятора сравнивается сигнал заданно-

1а *

го значения потокосцепления ротора ДС и истиного значения ДЭ,

z

определенного в модели потока. Внешним по отношению к контуру регулирования тока /*, является контур регулирования момента

со своим регулятором РМ. На его входе сравниваются сигнал М ,

эм

который задает значения электромагнитного момента и сигнал обратной связи по моменту Мэм, вычисленный в модели.

В рассматриваемой схеме исключение влияния перекрестных связей, имеющихся в математической модели двигателя, обеспечивается путем использования быстродействующих контуров регулирования токов. Это позволяет рассматривать подсистему регулирования потокосцепления ротора, как не связанную с подсистемой регулирования момента и делает возможным независимое регулирование потокосцепления ротора подобно тому, как происходит регулирование потока возбуждения в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением. В частности, существует возможность предварительного намагничивания двигателя, т.е. возможность установить поток до того, как на контур регулирования электромагнитного момента будет подан сигнал задания электромагнитного момента и когда скорость двигателя равна нулю.

При двухзонном регулировании скорости в системе предусматривается функциональный преобразователь задаваемого потокосцепления ротора (на рис. 5.11 не показан). Входной сигнал на нем определяется значением скорости. До тех пор пока скорость не превышает номинальное значение, сигнал на выходе функционального преобразователя задает номинальную величину потокосцепления и остается постоянным. Когда скорость превысит номинальное значение, сигнал на выходе функционального преобразователя будет уменьшаться и дальнейшее регулирование будет реализовано с ослаблением потокосцепления ротора при примерно постоянном значении напряжения на статоре.

Узел в структуре электропривода, который производит вычисления проекций векторов тока и напряжения на координатные оси, называют координатным индикатором или тригонометрическим анализатором.

Угловая частота вращения системы координат (d— q) ротора АТД связана с неподвижной системой координат (а — (3) углом 0, определяемым соотношениями (5.74) и (5.75).

Связь между составляющими векторов тока и напряжения в системах координат (а — (3) и (d—q) определяется соотношениями:

где Ula, Uld и Ulq — составляющие вектора напряжения в системах координат (а —р) и (d—q) соответственно.

Координатный преобразователь обратного канала ПКО по измеренным токам фаз АТД ilA, ilB и iic определяет проекции тока статора на оси аире использованием выражений (5.33), (5.34).

Далее, по известному углу 0 и проекциям тока статора на оси а и р в соответствии с выражением (5.77) вычисляются проекции тока статора на оси d и q.

Координатный преобразователь прямого канала ПКП по заданным регуляторами РТ1, РТ2 проекциям вектора напряжения управления вращающейся системы координат {d—q) и известному углу 0 вычисляет проекции вектора напряжения управления неподвижной системы координат (а —р). Далее, по проекциям вектора напряжения управления на оси аир вычисляется модуль вектора напряжения управления:

действительные фазные напряжения управления инвертора:

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >