Автоматизированный электропривод переменного тока. Основные требования к частотно-регулируемому электроприводу, страница 3

Наиболее высокие требования к электроприводу  предъявляются в механизмах с большим диапазоном регулирования скорости, требующих: большого быстродействия или высокой точности стабилизации скорости; сложных законов движения; актуальности проблемы энергосбережения и ряде других задач. Повышенные требования естественно влекут за собой усложнение системы управления, обязательную установку датчиков скорости или угла поворота, использование определенных типов двигателей и других мероприятий. В подобных приводах используется способ управления с ориентацией по потокосцеплению ротора, называемй чаще векторным управлением. При этом способе ставятся и решаются следующие задачи:

1.Стабилизировать величину одной из электромагнитных переменных выражения , лучше всего наиболее инерционную – потокосцепление ротора у асинхронных двигателей или использовать синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе.

2.Организовать управление током статора, обеспечивающее оптимальное формирование электромагнитного момента двигателя.

Рассмотрение принципов построения и технической реализации систем векторного управления и составляет содержание второго раздела курса. Таким образом два перых раздела посвящены рассмотрению основ частотного регулирования асинхронных двигателей. Экспериментальные исследования особенностей электромагнитных процессов в различных режимах, способов формирования статических и динамических характеристик выполняются в рамках лабораторного практикума.

В третьем разделе рассматриваются принципы построения систем стабилизации скорости, позиционирования и синхронного управления и способы их технической реализации с использованем современных приводных преобразователей и других компонентов.

В четвертом разделе рассматриваются порядок проекторования приводов, расчет парметров и выбор отдельных компонентов. Материалы третьего и четвертого разделов используются при выполнении курсовой работы.

Раздел 1. Системы частотного управления асинхронными двигателями

без датчика скорости (Стандартное управление).

1.1.  Схема замещения асинхронного двигателя.

При питании двигателя переменным током с частотой  f  ток, протекающий по обмоткам статора, создает магнитное поле Ф , вращающееся в электрическом пространстве с угловой частотой . Если число пар полюсов обмотки статора р_n  равно единице, то скорости вращения поля в электрическом  и физическом  пространствах одинаковы. При р_n ≠ 1 скорость вращения поля в физическом пространстве будет меньше в р_n раз:

                                   .                                                          (1.1)    

Если ротор вращается со скоростью , то относительно поля статора он перемещается со скоростью  или со скольжением, т.е. относительной разностью скоростей,

                      .                                               (1.2)

Базовой величиной является скорость вращения магнитного поля, называемая синхронной,  т.к. при идеальном холостом ходе магнитное поле и ротор вращаются синхронно. Вращающееся поле наводит в обмотках статора и ротора синусоидальные ЭДС е₁  и  е₂  с частотами, соответственно,  и :  и  , где: Е₁  = к₁ Ф;  Е₂  = к₂ Ф= к₂ Фs – действующие значения ЭДС статора и ротора;  и  – конструктивные коэффициенты,  и  – числа витков обмоток, а  и – их обмоточные коэффициенты. Так как цепь ротора замкнута, то благодаря ЭДС е₂ в ней протекает синусоидальный ток . Ток обмотки ротора создает свое вращающееся поле, которое совместно с полем статора образует полный результирующий магнитный поток я  Ф.

Для построения схемы замещения необходимо использовать уравнения для мгновенных значений напряжений, токов и потокосцеплений. При этом принимается, что обмотки ротора приведены к статору, магнитная система не насыщена, а режим работы двигателя – симметричный, что позволяет записать уравнения равновесия напряжений для одной фазы статора (индекс 1) и ротора (индекс 2):

;      ,                                           (1.3)