Теория электропривода

В системе ПЧ-АД (рис 6.13)

Дополнив эти  уравнения уравнением движения электропривода, получим систему уравнений, которой  соответствует представленная на рис.6.14 структурная схема системы ПЧ-АД.

Параметры β и Т_э в этой структуре должны соответствовать требуемому режиму работы электромеханического преобразователя: Ψ₁=const, Ψµ=const или Ψ₂=const.

Динамические  свойства системы ПЧ-АД как объекта  управления менее благоприятны, чем  динамические свойства регулируемых электроприводов  постоянного тока, в связи с отсутствием независимого канала регулирования потока, аналогичного обмотке возбуждения двигателя с независимым возбуждением. Так, при питании от источника напряжения потокосцепления Ψ₁, Ψ₂, Ψµ сложно зависят от напряжения U₁ частоты f₁ и абсолютного скольжения s_a.

Для поддержания  потока на заданном уровне при этих условиях необходимо регулирование его либо по отклонению, либо по принципу компенсации. В последнем случае управление напряжением u_ун (рис.6 13,о) или током u_ут (рис 6 13,б) реализуется на основе известной взаимосвязи между Ψ₁, ,Ψµ,,Ψ₂ управляющими воздействиями U1 или I1 и факторами f1 и s_a.

Взаимосвязь U₁ и Ψ₁ можно определить с помощью уравнений электрического равновесия, записанных в векторной форме для статического режима в осях х, у, и представить в виде

Зависимость (6.17а) позволяет для текущих значений частоты и абсолютного скольжения определять значения напряжения U₁ которые в статическом режиме работы соответствуют условию Она используется для формирования структуры функционального преобразователя, управляющего напряжением преобразователя частоты в процессе работы электропривода.

В динамических режимах изменениям момента двигателя  соответствуют изменения угла между вектором напряжения или тока статора и вектором намагничивающего тока машины (см. рис.3.27,в и 3.40,б). При неизменной фазе вектора (или при питании от источника тока) изменения указанного угла реализуются за счет соответствующих перемещений ротора, и вследствие механической инерции возникают несоответствия, нарушающие выполнение условия Изменения основного потока машины вызывают проявления электромагнитной инерции, и динамические свойства электропривода как объекта управления существенно ухудшаются. Сравнивая векторные диаграммы на рис.3.27,в и 3.40,б, можно установить, что при частотно-токовом управлении, когда преобразователь частоты обладает свойствам и источника тока , изменения угла между управляющим вектором и вектором намагничивающего тока наиболее значительны. При этом для поддержания постоянства потока в динамике необходимо не только изменять амплитуду, но и корректировать фазу вектора тока статора.

Для определения  необходимых для такого управления количественных связей запишем уравнения  механической характеристики в осях х, у (ω_к=ω_0эл):

Уравнения потокосцепления  ротора

Поставив цель поддерживать постоянным вектор потокосцепления ротора , совместим с его осью X, при этом Ψ_2x=Ψ_2max, Ψ_2y=0, и из уравнений потокосцепления получим

Подставляя  эти соотношения и значения dΨ_2x/dt=dΨ_2y/dt=0 в уравнения механической характеристики, получаем

Отсюда

Векторная диаграмма, соответствующая полученным соотношениям, приведена на рис.6.13,в. Она показывает, что составляющая i_1x вектора тока статора является намагничивающим током и при Ψ₂=const, i_1x=const. Составляющая i_1y представляет собой активный ток, которому при Ψ₂=const пропорционален момент двигателя. С помощью векторной диаграммы определим искомые соотношения, позволяющие обеспечить условие Ψ₂=const в динамических процессах:

Следовательно, при частотно-токовом управлении электроприводом система управления преобразователем должна обеспечивать возможность формирования первой гармоники тока статора для поддержания Ψ₂=const в соответствии с (6.176) и (6.17в):

Поэтому показанный на рис.6.13,б инвертор тока ПЧ(ИТ) снабжен  кроме входов управления амплитудой u_ут и частотой тока u_уч также входом управления фазой тока ы_уф. Уравнение механической характеристики при Ψ₂=const

где

При идеальном  поддержании Ψ₂=const электромагнитная постоянная Т_э в структуре на рис.6.14 равна нулю. Однако практически в связи с неточностями компенсации возможные проявления электромагнитной инерции следует учитывать малой некомпенсируемой постоянной Т_э.

Значение Т₃ при Ψ₁=const определяется по (3.89). Этим же соотношением можно пользоваться при Ψµ=const, подставляя вместо х_к значение х'₂.

Однако следует  отметить, что внимания заслуживают  и такие законы управления, которые обеспечивают снижение потерь энергии, выделяющихся в двигателе. В частности, управление, близкое к оптимальному по критерию минимума потерь, осуществляется при поддержании абсолютного скольжения, равного критическому при всех нагрузках: s_a=s_k=const. Этому условию при каждом моменте М соответствуют наименьшие значения тока статора I₁=I_1min при М=const.

При использовании  такого управления следует учитывать, что при уменьшении нагрузки от М_ном до 0 снижение потерь достигается из-за уменьшения тока намагничивания I_µ, т. е. потока машины Ф_µ. А это означает, что при управлении при s_a=s_k=const основной поток изменяется в широких пределах, что приводит к сильному влиянию электромагнитной инерции, существенно снижающему быстродействие при регулировании координат.

Коэффициент полезного  действия системы ПЧ-АД с вентильным преобразователем несколько ниже, чем в системе ТП-Д, если имеется звено постоянного тока, так как при этом преобразование напряжения и тока осуществляется дважды.

Однако и  в этом случае в связи с малыми потерями энергии в тиристорах он остается достаточно высоким.

Коэффициент мощности в этой системе близок к значению коэффициента мощности в системе ТП-Д, если в качестве звена постоянного тока используется тиристорный преобразователь. Он достаточно высок только в системах с неуправляемым выпрямителем, однако при этом отсутствует возможность рекуперации энергии в сеть в тормозных режимах электропривода. Использование режимов рекуперации энергии может существенно снижать потребление энергии установкой за цикл работы, поэтому при сравнении вариантов системы этот фактор необходимо учитывать.

 

Список литературы.

 

 

 

 

1. Ключев В.И. Теория электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1998. 560 с.

 

2. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода. Учебник. С.-П.: Энергоатомиздат, 1994. 496 с.

 

3. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода. – М.: Энергоатомиздат, 1992.

 

4.   Москаленко  В. В.  Автоматизированный электропривод.   М.: Энергоатомиздат,              1986. 415 с.