Модернизация электрооборудования специального шлифовального станка с числовым программным управлением, страница 6

6.1.Принцип частотно-токового регулирования

Для пояснения частотно-токового управления АД, свяжем вращающуюся систему координат (1,2) с вектором потокосцеплений ротора двигателя таким образом, чтобы ψ_r1=ψ_rm, ψ_r2=0. Полученная  система координат называется ориентированной  по полю или полеориентированной и обозначается как (d,q), здесь d – продольная, а q – поперечная ось магнитного поля ротора. При использовании системы  (d,q) циклическая скорость вращающейся системы координат равна мгновенной скорости вектора потокосцеплений ротора: ω_k=ω_ψ, и система уравнений описывающая работу асинхронного двигателя  в скалярной форме записи принимает вид:

где

координатные преобразования из осей (α,β) в оси (d,q). Величину    ω_s=ω_ψ – ω_e назовем частотой скольжения.  ω_e=ω_rp_n – электрическая частота вращения ротора.

Так как во вращающейся синхронно с магнитным полем машины системе координат все электромагнитные переменные в установившемся режиме постоянны, модель статики легко получить, приравнивая к нулю производные первых трех уравнений и интегрируя предпоследнее:

Векторная диаграмма АД соответствующая последней системе уравнений приведена на рис..

Рис.12. Векторная диаграмма асинхронного двигателя в установившемся режиме

Из последней системы делаем вывод, что продольная составляющая вектора токов статора i_sd определяет магнитное состояние машины, характеризующееся величиной Ψ_r, а поперечный ток i_sq, умножаясь на текущее значение потокосцепления, создает электромагнитный момент АД. На основе этого заключения формулируется так называемый принцип ориентирования по полю или принцип векторного управления АД:

1.Законы управления частотно регулируемым электроприводом, построенного на базе асинхронного двигателя, могут быть синтезированы на методической основе, известной из теории ЭП постоянного тока с независимым возбуждением, если управляющее воздействие на регулируемый источник тока или напряжения формировать во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору потокосцеплений ротора, а затем преобразовывать их в неподвижную(фазную) систему. При этом асинхронный двигатель должен рассматриваться как двухканальный объект управления.

2.Воздействие на поперечную составляющую вектора токов статора асинхронного двигателя должно использоваться для управления электромагнитным моментом в канале регулирования координат механического движения электропривода, подобно току якоря в электроприводе постоянного тока.

3.Воздействие на продольную составляющую тока статора должно использоваться для управления магнитным состоянием (магнитным потоком) машины с целью обеспечения рациональных режимов электромеханического преобразования энергии, подобно току возбуждения двигателя постоянного тока.

Косвенное ориентирование по полю производится без обработки информации  о мгновенных токах и напряжения двигателя путем вычисления оценки фазы вектора потокосцеплении ротора.

Прямое или косвенное измерение распределения индукции магнитного поля в воздушном зазоре двигателя с помощью датчиков Холла или дополнительных статорных обмоток связано с усложнением конструкции и изменением технологии производства АД, его удорожанием и снижением надежности электропривода в целом. Поэтому непосредственное ориентирование по полю требует вычисления (наблюдения) оценок мгновенных значений компонент вектора потокосцеплений в неподвижной системе координат по информации о доступных прямым измерениям переменных – токах, напряжениях, скорости вращения ротора.

6.2.Функциональная схема системы управления при частотно-токовом управлении

По закону частотно-токового управления вся система управления функционально разбивается на два независимых контура управления: контур регулирования моментом АД (у которого внешним является контур регулирования скорости) и контур регулирования потоком АД.