Автоматическое управление техническими системами. Система «Управляемый преобразователь – машина постоянного тока» как объект управления. Автоматическое регулирование координат электропривода. Частотно токовое управление АД, страница 36

Рис. 8.2

 Электромагнитный момент двигателя определяется первой гармоникой напряжения, влиянием же высших гармоник ввиду его малости можно пренебречь. Поэтому для расчета механических характеристик двигателя необходимо знать зависимость первой гармоники напряжения  от напряжения управления  при различных скольжениях S и соответственно, при различных. Эти зависимости приведены на рис.8.2 (при  обеспечивающем ). Видно, что характеристики существенно нелинейны и неоднозначны в связи со значительной зависимостью напряжения от угла нагрузки. Зависимость  от скольжения, полученная с использованием упрощенной схемы замещения АД, имеет вид:

           (8.1)

где  и  - эквивалентные активное и индуктивное сопротивления двигателя; - суммарное активное сопротивление цепи статора, включая сопротивление фазы ТРН.

Из (8.1) видно, что угол  изменяется в функции скольжения быстро лишь при, а при  его изменения лежат в пределах 40 – 60⁰. Для этой области кривую  можно линеаризовать, как показано на рис. 8.2 (прямая 1) и приближенно записать:

                                (8.2)

где  ; ;                                                

Для момента можно записать:

                                                                      (8.3)

где  – моменты при данном  скольжении, определяемый по естественной характеристике двигателя, – относительное значение первой гармоники напряжения питания двигателя.

При работе с  скорость двигателя в рабочей зоне механической характеристики с помощью САР поддерживается постоянной, поэтому для режима малых отклонений от точки статического  равновесия выражение (8.3) можно линеаризовать:

                                                                                            (8.4)

Подставив (8.4) в (8.2) получим уравнение механической  характеристики для рассматриваемого режима:

                                 (8.5)

где ; .

При больших  - жесткость искусственных характеристик получается значительной и (8.5) удовлетворительно описывается реальную механическую характеристику. Как показано на рис.8.3, отличия проявляются лишь в режиме, близком к холостому ходу, и при значениях напряжениях близких к.

Рис. 8.3

При данном способе регулирования потери в роторной цепи пропорциональны скольжению. Поэтому допустимый момент при регулировании скорости при независимой вентиляции двигателя можно определить из соотношения:

                                                         

Откуда:

                                                    (8.6)

Следовательно, для того, чтобы при продолжительной работе с малой скоростью двигатель не перегревался, необходимо снижать его нагрузку в обратно пропорциональной зависимости от скольжения. Зависимость  показана на рис.8.3

Этот недостаток ограничивает область применения указанного способа регулирования.

8.2. Частотное регулирование скорости асинхронного двигателя

При регулировании скорости АД приходится управлять мощностью  (энергией) и ее составляющими. Наибольшую сложность представляет управление электромагнитным моментом , который представляет собой векторное произведение пространственных векторов потокосцепления статора  и тока ротора. Поэтому практически все системы частотного регулирования скорости АД по сути формируют зависимость при регулировании . Кроме  “частотного” (скалярного) управления в середине 60-х годов В. Н. Бродовским и Е. С. Ивановым было предложено «частотно - токовое» управление. Управление по вектору основного потокосцепления АД – «векторное» упрвление в начале 70-х годов предложено Ф. Бляшке и В.Фломером (ФРГ).

Рассмотрим частотное управление АД, формирующее при независимом задания частоты закон управления напряжением, прикладываемым к статору АД. Принцип его реализации основан на соотношении , где  - частота напряжения питания статора, - число пар полюс. При этом основными потерями являются потери скольжения, которые незначительно изменяются при большом диапазоне изменения частоты (- мощность потребляемая из сети).