Материал: Автоматизация управления асинхронным электроприводом с инверторным преобразователем частоты для подъемной установки

индуктивности выпрямителя, сглаживающего дросселя, рассеяния статора и ротора двигателя соответственно;  - эквивалентные значения (приведенные к звену постоянного тока электропривода) активного сопротивления и индуктивности главной цепи электропривода соответственно; - значение основной гармонической составляющей модуля коммутационной функции трехфазного мостового АИТ.

Посредством вычислителя В3 моделируется ЭДС  управляемого выпрямителя УВ в виде:

                                                                  (8)

для пилообразного опорного напряжения системы управления выпрямителем СУВ, или в виде:

                                                                        (9)

для синусоидального опорного напряжения СУВ,

где  - статический коэффициент усиления и электромагнитная постоянная времени управляемого выпрямителя (с его системой импульсно-фазового управления) соответственно;  - амплитуда напряжения питающей сети;  - управляющее напряжение, приложенное ко входу системы управления выпрямителем.

На выходе сумматора C1 определяется значение проекции  обобщенного вектора  ЭДС ротора АД на обобщенный вектор основных гармонических составляющих  статорного тока электродвигателя:

.                                                                                    (10)

С помощью множительно-делительного блока В4 вычисляется значение электромагнитного момента двигателя в виде:

.                                                                                        (11)

Управляемый генератор УГ представляет собой преобразователь напряжения в частоту, в котором частота  выходных импульсов прямо пропорциональна значению напряжения  на входе «1» и обратно пропорциональна значению напряжения  на входе «2» генератора:

где  - кратность частоты  генератора УГ по отношению к выходной частоте инвертора  (для трехфазных схем инверторов  - целое число, кратное шести).

Увеличение кратности  при заданном значении электромагнитной постоянной времени фильтра Ф на практике снижает амплитуду пульсаций выходного сигнала датчика частоты ДЧ (для серийных электроприводов типов ЭКТ 2, ЭКТ 3, ТТП (Е) 1 значение  равно 36).

На рис. 4 приведены примеры выполнения функциональных схем управляемого генератора УГ. Представленная на рис. 4, а схема генератора с изменяемым опорным напряжением содержит интегратор И, компаратор К1, формирователь импульсов нормированной длительности ФИ и ключ К, шунтирующий накопительный элемент интегратора И. На рис. 4, б приведена функциональная схема управляемого генератора УГ, выполненного на основе последовательно соединенных блока деления БД и преобразователя «напряжение-частота».

В первой зоне управления электроприводом:  (рис. 3), сигнал задания  намагничивающей составляющей статорного тока равен ее номинальному значению:  и напряжение на входе «2» управляемого генератора УГ составляет постоянное значение, равное .

а

б

Рис. 4. Функциональные схемы управляемого генератора УГ: а - с изменяющимся опорным напряжением; б - на основе преобразователя «напряжение-частота»

При этом по входу «1» задается выходная частота генератора УГ прямо пропорциональной сигналу Е датчика ЭДС ротора, что обеспечивает в этой зоне управления (при частотах ) работу двигателя с постоянством потокосцепления ротора (равным номинальному значению ):

.                                                                        (13)

Во второй зоне управления электроприводом (рис. 3): , пропорционально-интегральный регулятор ЭДС РЭ астатически поддерживает заданное значение ЭДС ротора двигателя , уменьшая заданное значение  намагничивающей составляющей статорного тока  и напряжение на входе «2» генератора УГ. Это вызывает уменьшение потокосцепления ротора и обеспечивает режим работы двигателя при постоянстве ЭДС ротора.

                                                                               (14)

Регулятор момента РМ, воздействуя через сумматор С2 на вход «1» управляемого генератора УГ, вносит через систему управления инвертором СУИ коррекцию в значение фазового угла  обобщенного вектора  статорного тока из условия поддержания требуемого значения электромагнитного момента: . Таким образом, в данной АСЧР достигается квазивекторное (близкое к векторному) управление параметрами режима АД (заметим учитывающее в себе внутреннее возмущение по углу коммутации инвертора).

Исходя из определения принципа построения АСЧР, названного квазивекторным управлением, отметим его следующие основные отличительные признаки:

–  управление осуществляется воздействием только на частоту и амплитуду основных гармоник составляющих статорных напряжений (токов) электродвигателя, не требуя непосредственного вычисления, контроля или управления их фазовыми углами;

–       обеспечиваются нормированные электромеханические процессы (статорного тока, потокосцепления, электромагнитного момента, скорости) асинхронного электропривода, приближенные к векторному управлению.

. Структурная схема САУ частотно-регулируемым асинхронным электроприводом

Сложность структуры САУ частотно-регулируемым электроприводом как нелинейным объектом требует использовать моделирование для исследования переходных процессов. При этом наиболее важным этапом является построение структурной схемы системы с достаточно точным отображением реальных процессов. На рис. 5 приведена структурная схема САУ, соответствующая функциональной схеме рис. 3 с учетом структуры вычислителей В1, …, В5, представленных формулами (3), (7), (9), (11), (6) и фаззи-контроллером.

Для определения численных значений параметров звеньев структурной схемы воспользуемся паспортными данными асинхронного электродвигателя А-114-6 М (табл. 4.1). Данные представлены в абсолютных и относительных единицах. Как следует из структурной схемы САУ к внешним воздействиям относится сигнал задания намагничивающей составляющей  обобщенного вектора статорного тока. Эта величина может быть определена по номинальному значению потокосцепления и индуктивности намагничивания из формулы (4) . Выходной сигнал вычислителя В1 равен . В вычислителе В5 коэффициент .

Таблица 1

Паспортные данные асинхронного электродвигателя А-114-6 М

5. Определение параметров звеньев структурной схемы

Определение параметров звеньев выполним по методике, изложенной в, используя технические данные и параметры преобразователя частоты ЭКТ-400/660-50: номинальное выходное напряжение, В - 660; номинальный ток, А - 400; мощность, кВА - 450; эквивалентное активное сопротивление звена постоянного тока Rd, Ом - 0,1; эквивалентная индуктивность звена постоянного тока Ld, 10-3 Гн - 8; эквивалентная электромагнитная постоянная времени звена постоянного тока преобразователя Td, с - 0,08; коэфиициент усиления выпрямителя KВ - 90; некомпенсируемая малая постоянная времени Тm , с - 0,004.

Передаточная функция регулятора тока

,                                                                               (15)

где ; ;  - значение основной гармонической составляющей модуля коммутационной функции мостового инвертора; KТ - коэфиициент обратной связи по току:

; ;

;

.

Передаточная функция регулятора скорости

,                                                                                (16)

где ; ;  - коэффициент обратной связи по напряжению; K - коэффициент связи ротора;  - номинальное значение потокосцепления ротора; Т - электромагнитная постоянная времени ротора;  - приведенный момент инерции ротора и рабочей машины, =64,5 кгм2.

Заменив обратную связь по ЭДС эквивалентной связью по угловой скорости ротора двигателя, передаточную функцию регулятора скорости можно представить формулой

,                (17)

где KС - коэффициент обратной связи по частоте вращения ротора ; Сд - коэффициент пропорциональности ЭДС двигателя.

;

Коэффициент обратной связи по скорости

.

Параметры регулятора скорости: ; .

Параметры вычислителя В5: ;

.

Передаточная функция регулятора момента

,                                                                             (18)

где ; .

Намагничивающая составляющая тока с учетом коэффициента обратной связи по току  согласно (4.4) определится по формуле

.

Так как сигнал  на выходе регулятора скорости вследствие введенного ограничения не может быть больше 10, то максимальное значение сигнала заданного момента  не может быть больше чем

а с учетом коэффициента  максимальное значение заданного момента

.

Поскольку согласно паспортным данным номинальный электромагнитный момент рассматриваемого электродвигателя , то нужно обратную связь по моменту ввести с коэффициентом , а в передаточную функцию вычислителя В5 ввести коэффициент . Тогда коэффициент . Ограничения выходного сигнала регулятора момента РМ определим из условия, что при соблюдении равенства  электромагнитный момент должен быть равен , т.е. ограничение выходного сигнала РМ . Примем .

На рис. 4.5 представлена структурная схема системы управления с идеальной нагрузкой и абсолютно жесткой механической системой (МС). Для анализа более сложной системы механическая часть электропривода принята двухмассовой с упругой связью. Эта часть схемы показана на рис. 4.6, где  - моменты инерции звеньев, разделенных упругой связью с коэффициентом упругости Су. Примем ; ; Су = 500.

6. Компьютерное моделирование системы в имитационно-интерактивной среде MATLAB