Принципы построения систем частотного управления. Законы частотного управления. Абсолютное скольжение. Схема замещения асинхронного двигателя при частотном управлении, страница 6

С учетом того, что при ориентировании вещественных осей координатных систем (α; β) и (x; y) по вектору модель асинхронного двигателя становится аналогичной модели компенсированного двигателя постоянного двигателя постоянного тока с независимым возбуждением, в системах векторного управления используется принцип ориентации по вектору потокосцепления ротора.

Для синтеза регуляторов наиболее удобной является модель в системе координат (x; y), т. к. в этом случае координаты модели не содержат гармонических составляющих.

В системах, реализующих принцип прямой ориентации по полю     [5, 14], используются датчики составляющих вектора . В качестве датчиков могут быть использованы датчики Холла, а такие специальные измерительные обмотки, расположенные в воздушном зазоре. Однако в этих случаях возникают проблемы, связанные с фильтрацией помех, вырабатываемых датчиками. Кроме того, чувствительность рассматриваемых датчиков зависит от скорости вращения, вследствие чего на низких скоростях полезный сигнал становится сопоставимым по уровню с помехами, что затрудняет реализацию системы регулирования.

Исходя из изложенного, в современных частотно управляемых электроприводах для ориентирования вещественной оси координатной системы по вектору потокосцепления ротора  используется косвенная      ориентация.

Следует отметить, что системы как прямой, так и косвенной ориентации обеспечивают точное ориентирование оси α или оси x по вектору  лишь в установившихся режимах.

Для обоснования условий косвенной ориентации рассмотрим уравнение баланса напряжений в роторе, которое для установившегося режима запишется следующим образом:

.

Учитывая, что

,

, получим выражение

, откуда следует, что

.

Следовательно,

Так как , то

.

Если мнимые части числителя и знаменателя будут равны, то вектор  будет представлять собой вещественное число, что соответствует его ориентации по вещественной оси x. Следовательно, равенство

соответствует условию ориентации, откуда

.

При построении системы регулирования косвенная ориентация вектора  по оси x будет обеспечена, если скорость вращения магнитного поля всегда будет вычисляться согласно выражению

.

Аналогичным образом можно показать, что в координатной системе (α; β) условие косвенной ориентации обеспечивается при

.

Поскольку модуль вектора потокосцепления ротора определяется проекцией  вектора тока статора на ось, связанную с вектором , а электромагнитный момент – произведением модуля потокосцепления ротора на вторую составляющую вектора тока статора, удается построить двухканальную систему регулирования электроприводом с независимым управлением потокосцеплением ротора и электромагнитным моментом двигателя. Структурная схема системы показана на рис. 3.11.

Каждый из каналов регулирования строится по принципу подчиненного регулирования в виде двухконтурных подсистем.

Объект управления является нелинейным, в связи с чем синтез регуляторов может быть выполнен лишь приближенно. Окончательная настройка регуляторов производится при наладке электропривода.

Пренебрегая внутренними перекрестными обратными связями, подсистему регулирования потокосцепления представим в виде схемы, показанной на рис. 3.12.

При настройке контуров на технический оптимум найдем:

,

.

Канал регулирования скорости представлен на рис. 3.13.

При настройке подсистемы на технический оптимум

,

.

Рис. 3.11. Структурная схема векторного управления

Рис. 3.12. Структурная схема канала

регулирования потокосцепления ротора

Для обеспечения астатизма системы по отношению к нагрузке применяется ПИ-регулятор скорости:

.

Функциональная схема электропривода, составленная на основании приведенной на рис. 3.11 структурной схемы, показаны на рис. 3.14 с учетом необходимости координатных преобразований.

Рис. 3.13. Структурная схема канала регулирования скорости