Электромеханические преобразователи энергии автоматизированных электроприводов. Реализация функциональной схемы системы управления непосредственным преобразователем частоты

Введение

Основным направлением научно-технического про­гресса является интенсификация производства и оптимизации тех­нологических процессов. В связи с этим в настоящее время намечена широкая программа комплексной механизации и автоматизации, техническое перевооружение основных отраслей народ­ного хозяйства на основе использования микропроцессоров, микро-ЭВМ, промышленных роботов и систем числового программного управления. Все большее значение в современном производстве приобретают робототехнические комплексы и системы гибкого управления. Развитие робототехники выдвинуло новые требования к автоматизированному электроприводу малой мощности как по регулировочным, так и по массогабаритным показателям, поставив вопрос о разработке и массовом производстве электропривода мощностью от нескольких ватт до 3 — 5 кВт, обладающего показателями, близкими к предельным. Подобный электропривод зачастую должен работать в сложных условиях окружающей среды и обеспечивать широкий диапазон регулирования скорости при высокой статической и динамической точности.

Создание такого электропривода возможно лишь на основе энергетических способов регулирования. Автоматизированный электропривод с энергетическим регулированием можно разде­лить на информационную (управляющую) и энергетическую (силовую) части, причем обе эти части совершенствовались и развива­лись почти автономно. В настоящее время, особенно с появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ, информационная часть заметно опередила энергетическую часть электропривода. Сейчас разрабо­таны и внедряются обобщенные функциональные методы синтеза информационной части систем; при этом предварительно выбранная энергетическая часть электропривода в процессе синтеза всей системы остается практически неизменной. Часто даже встречается термин «неизменная часть системы». В результате все чаще энергетическая часть электропривода не в состоянии выпол­нять команды информационной части. В то же время наибольшие резервы повышения качества регулирования определяются энерге­тической частью электропривода. Для обеспечения функцио­нального равновесия отдельных частей электропривода синтез их структуры следует выполнять едиными методами. Структура энергетической части электропривода в настоящее время определяется сразу при выборе типа электропривода, т. е. прежде всего типа двигателя (например, постоянного тока, син­хронного или асинхронного), а затем уточняется в соответствии с конструктивными особенностями выбранного двигателя (способ возбуждения, тип ротора и т. д.). Таким образом нарушается естественная последовательность логической части проектирования — от общего решения к частным. Это приводит к созданию электроприводов самых различных типов для одних и тех же механизмов, к потере унификации и к неоправданным затратам. Сам принцип определения типа привода на основе сопоставления свойств раз­личных типов двигателей нельзя признать корректным, поскольку сравниваются устройства с различной функциональной емкостью.

Если принять за основной источник электроэнергии трехфазную промышленную сеть, то можно показать, что для организации энергетического регулирования независимо от типа двигателя необхо­димо как минимум трехкратное преобразование энергии; при этом регулировочные свойства электропривода будут определяться степенью управляемости и качеством управления этими преобразованиями, а реальные ограничения будут зависеть от конкретной реализации отдельных преобразователей.

Электромеханическиепреобразователиэнергии автоматизированныхэлектроприводов

1.1. Преобразованиеэнергии вэлектродвигателях

К настоящему времени из всех узлов объекта управ­ления— автоматизированных вентильных электроприводов преобра­зователи электрической энергии в механическую являются наиболее консервативными. С момента создания первого электромеханичес­кого преобразователя прошло почти сто лет. За это время менялась и совершенствовалась конструкция электромеханических преобра­зователей (ЭМП), использовались более качественные материалы, создавались различные разновидности преобразователей, но прин­цип преобразования энергии, основанный на взаимодействии конту­ров с током и пронизывающего эти контуры магнитного потока, остается неизменным. Этот принцип и определяет в основном предельные возможности ЭМП.

Ограничиваясь рассмотрением преобразователей только с вра­щательным движением подвижной части ЭМП, допустим (рис. 1.1), что рамка, в которой протекает ток i, движется (вращается) в магнитном поле с угловой скоростью ю. Поведение такой системы будет соответствовать следующим уравнениям:

На рис. 1.1 и в уравнениях 1.1 обозначено: Ф — магнитный по­ток, в который помещена рамка с током; i — результирующий век­тор тока в рамке; W— вектор полного потокосцепления; 4^я ц— по-токосцепление рамки и внешнего источника магнитного поля; М — электромагнитный момент; и — напряжение, приложенное к выводам рамки.