Запорожец  Издания 

[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Асинхронные электроприводы

Развитие средств вычислительной техники и внедрение их в системы автоматического управления определяет новый этап в развитии систем автоматизированных электроприводов, в частности тиристорных регулируемых приводов с двигателями переменного тока. Возможность контроля и управления текущими координатами машин переменного тока в различных пространственных осях отсчета открыло новые возможности развития и совершенствования регулируемых приводов переменного тока. Так, за рубежом появились регулируемые электроприводы переменного тока по системе «Трансвектор», а в нашей стране - аналогичные системы, именуемые системами регулируемых приводов с частотно-токовым и векторным управлением.

Основным разработчиком систем приводов с частотно-токовым управлением является институт ВНИИЭлектропривод, который осуществил ряд публикаций, освещающих особенности теории расчета, проектирования и наладки этих систем. Наряду с частотно-токовыми системами большой интерес представляет класс систем регулируемых приводов переменного тока с управлением по вектору основного магнитного потокосцепления двигателей переменного тока, или сокращенно - регулируемые приводы с векторным управлением.

Вопросы теории и практики электроприводов с векторным управлением пока освещались только в журнальных статьях и трудах конференций. Настоящее издание должно восполнить этот пробел в литературе и дать систематическое освещение основных вопросов теории и практики систем векторного управления. Для этой цели в книге даются основы динамики асинхронных машин при векторном управлении в различных системах координат. Эти материалы иллюстрируются подробными структурными схемами, позволяющими определить базовые структуры векторного управления. Особое внимание в книге уделено методам индикации вектора магнитного потокосцепления асинхронных двигателей и методике уточненной оценки динамических параметров машин, необходимых для расчета и реализации узлов авторегулирования.

Отдельно рассмотрены вопросы построения тригонометрических анализаторов, блоков векторных преобразований сигналов



ОДНОЙ системы координат в сигналы другой и, наконец, особенности построения тиристорных преобразователей частоты для регулируемых приводов с векторным управлением.

В книге достаточно подробно рассмотрены реализации систем с управлением по вектору магнитного потокосцепления, связанного с ротором двигателя, вектору основного потокосцеп-ления в зазоре машины. Для этих систем рассмотрены схемы векторного управления с узлами внутренней самонастройки для подавления трудно учитываемых внутренних электромагнитных связей машин. Для этих машин приводятся данные испытаний при мощности привода до 25 кВт, а также материалы о возможности реализации регулируемых электроприводов с векторным управлением на базе применения в системах управления микро-ЭВМ.

Главы 1 и 3 написаны В. В. Рудаковым и В. А. Дартау, гл. 2 и § 5.1-5.3-В. А. Дартау, гл. 4, приложение и п. 1.3.2 - И. М. Столяровым, п. 1.5.2-1.5.4 написаны В. В. Алексеевым, § 5.4 - А. П. Емельяновым. Авторы выражают благодарность 3. Б. Слепцовой, которая выполнила экспериментальную проверку систем с ориентацией по вектору напряжения и методику определения параметров асинхронного двигателя.

Отзывы и пожелания просьба направлять в адрес издательства: 191065, Ленинград, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение Энергоатомиздата.

Авторы

Глава первая

ВЕКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ПРИВОДОМ

1.1. Принцип ориентации вектора тока

по аектору потокосцепления асинхронного даигателя

Метод управления частотными электроприводами, получивший название метода векторного управления, разрабатывался в конце 70-х и начале 80-х годов [1, 22, 23].

В настоящее время наиболее распространенными системами векторного управления являются системы, использующие в качестве опорного вектора векторы главного потокосцепления машины или потокосцепления ротора.

Электромагнитный момент машины переменного тока

plm(/>;) = f/p4j-lm (/>;), (1.1)

где m - число фаз машины; р - число пар полюсов; Ьщ - взаимная индуктивность обмотки статора и ротора (индуктивность намагничивающего контура); Lr - собственная индуктивность

обмотки ротора; h - вектор тока статора; Чо - вектор главного

потокосцепления; Vr - вектор потокосцепления ротора; Im - операция взятия мнимой части комплексного числа; звездочкой обозначена операция комплексного сопряжения.

Во всех случаях Im = 1 i F sin где угол между векторами отсчитывается от второго вектора к первому {Y->Х). Это соотношение может быть представлено в виде \ Y\X2, где

Х2 3= ХI sin (yZ) - проекция вектора на ось ординат системы координат, связанной с вектором V. Отсюда электромагнитный момент машины переменного тока

(1-2)

где /s3 - проекция вектора тока статора на оси ординат систем

р • *

координат с опорными векторами Z, Чо» г-

Заметим, что три вектора являются попарно-независимыми, так как каждый из них выражается через два других:

L,- L




I.I. Распределение и изображающие векторы электромагнитных переменных асинхронной машины

1.2. Векторная диаграмма обобщенных векторов Чо и h

Наглядную интерпретацию соотношений (1.1) и (1.2) можно дать, рассмотрев пространственное распределение плотностей тока по расточке статора и ротора машины, а также распределение напряженностей магнитного поля в зазоре машины при раздельном и совместном их действии. На рис. 1.1 представлены плотности тока и напряженности магнитного поля и изображающие векторы. При таком представлении всякий комплексный вектор есть вектор, связанный с системой координат с началом на оси вращения машины, вещественная ось которой отождествляется с осью абсцисс, а мнимая - с осью ординат, модуль вектора - с мгновенной амплитудой соответствующей электромагнитной переменной. На рис. 1Л представлено разложение синусоидального распределения напряженности магнитного поля от тока статора на два распределения в системе координат, ось абсцисс которой связана с распределением напряженности магнитного поля в зазоре машины. В соответствии с этим разложением имеет место разложение и обобщенного вектора тока статора в указанной системе координат.

Здесь необходимо сделать весьма важное замечание: отображение распределений напряженности магнитного поля и ; других электромагнитных переменных вектором возможно только при наличии обмоток или геометрической форме зазора, ;

обеспечивающих синусоидальные распределения. Сказанное позволяет интерпретировать машину переменного тока как эквивалентную машину постоянного тока.

Сопоставим ротор асинхронной машины с якорем машины постоянного тока, а статорную обмотку - с обмотками возбуждения машины постоянного тока. Тогда составляющая тока статора, синфазная главному потокосцепленню, может интерпретироваться как ток возбуждения машины постоянного тока, составляющая тока статора, сдвинутая на угол я/2,- как ток компенсационной обмотки, составляющая тока ротора, сдвинутая на угол п/2 относительно о,- как поперечная составляющая поля якоря, и составляющая, синфазная главному потокосцепленню,- как размагничивающая продольная реакция якоря. Все векторные соотношения представлены на рис. 1.2, На

диаграммах видно, что главное потокосцепление Wo есть векторная сумма тока статора ts и тока ротора /, и, следовательно, в системе координат, связанной с вектором главного потокосцепления, составляющие векторов is и 1т на ось ординат 2 равны и имеют разные знаки /s2==-/г2, а составляющие Is\ и /г1 определяют модуль главного потокосцепления Fo

Iri); там же видно, что составляющая Iri является размагничивающей.

Основными особенностями, отличающими описанную интерпретацию асинхронной машины от машины постоянного тока, являются:

а) отдельно эквивалентной обмотки возбуждения и компенсации поперечной реакции якоря на статоре асинхронной машины нет, эти обмотки как бы совмещены;

б) ось, связанная с главным потокосцеплением (/), вращается относительно статора; оси / и 2 вращаются относительно неподвижной системы координат (а, (3).

Эти особенности векторного формирования момента машины диктуют главные задачи, подлежащие решению при аппаратурной реализации системы векторного управления. Первой задачей является измерение вектора главного потокосцепления. Решение ее следует из представления вектора в виде

0== 1о1(со5л +/sin Tl),

(1.4)

угол У] является углом (электрическим), отсчитываемым (/т оси а (магнитная ось фазы А) до соответствующего мгновенному значению положения вектора главного потокосцепления, или, учитывая интерпретацию этого вектора как вектора, связанного с волной напряженности магнитного поля, до максимума напряженности магнитного поля в зазоре. Угол ц измерить затруднительно, но можно получить составляющие ЧV =

40 COST] и ¥

smif], установив, например, датчики Холла на ось а и на ось 3, сдвинутую на угол л/(2р) в рас точке статора. Получить оценки Wqo. и можно и на основе



[ 0 ] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22