Принципы построения систем частотного управления. Законы частотного управления. Абсолютное скольжение. Схема замещения асинхронного двигателя при частотном управлении, страница 9

В системах прямого управления моментом (в зарубежной литературе DTC – Direct Torque Control) потокосцепление статора  является одной из регулируемых координат двигателя. В контуре регулирования  реализуется скользящий режим, что обеспечивает высокую точность поддержания заданного значения . При задании и регулировании  значение потокосцепления ротора  системой регулирования не контролируется.

Как следует из выражения (3.12), единственной координатой, за счет изменения которой можно регулировать электромагнитный момент, является угол , характеризующий взаимное расположение векторов  и . При этом значение  можно изменять, лишь изменяя положение вектора  по отношению к вектору .

На рис. 3.25, где –– полностью управляемые ключи автономного инвертора напряжения (рис. 2.1), показаны 8 возможных состояния ключей, которые формируют шесть ненулевых и два нулевых вектора напряжения . Изменение угла  осуществляется за счет выбора такого вектора напряжения из восьми возможных –, который обеспечивает необходимое изменение электромагнитного момента. Одновременно  с изменением момента изменится также и .

Таким образом, при работе системы регулирования вектор напряжения  переходит из одного сектора в другой (рис. 3.26), а это обеспечивает поворот вектора потокосцепления статора . В результате, несмотря  на то, что векторные преобразования в системе с прямым управлением моментом отсутствуют, обеспечивается вращение вектора  с требуемой скоростью при поддержании модуля вектора на заданном уровне.

Рис. 3.25. Принцип формирования вектора напряжения:

а – диаграммы состояния полностью управляемых ключей;

б – векторы напряжения

Функциональная схема наиболее распространенного варианта электропривода, реализующего описанный способ формирования электрического момента, приведена на рис. 3.27. Здесь PC, PM, PП – регуляторы скорости, момента и потокосцепления соответственно; – формирователь таблицы переключений триггеров автономного инвертора;  – формирователь фазных напряжений.

В релейно-гистерезисных регуляторах момент q и потокосцепление сравниваются заданные значения регулируемых координат с их значениями, вычисленными в модели асинхронного двигателя, и формируются логические сигналы для формирователя , который управляет транзисторами инвертора. Настраиваемая полуширина петли гистерезиса каждого из регуляторов характеризует максимальное отклонение регулируемых координат от заданных значений.

Рис. 3.26. Расположение векторов напряжения

и векторов потокосцеплений

В результате применения релейных регуляторов с гистерезисом        в системе с прямым управлением моментом реализуется двумерный скользящий режим.

Известно, что системы регулирования, в которых создаются скользящие режимы, обладают рядом особенностей:

-  существующие в объекте регулирования перекрестные обратные связи мало влияют на формирование переходных процессов;

-  системы приобретают свойства грубости;

-  появляется инвариантность к изменениям некоторых параметров объекта управления и возмущений;

-  понижается порядок дифференциальных уравнений.

Дополнительной особенностью систем прямого управления моментом асинхронного двигателя является объединение задач ШИМ и регулирования момента, в связи с чем отсутствует необходимость программной реализации широтно-импульсной модуляции напряжения на выходе инвертора напряжения.

Рис. 3.27. Функциональная схема системы

с прямым управлением моментом

Отмеченные особенности систем с прямым управлением моментом обеспечивают высокое качество регулирования. В модели двигателя оценки регулируемых координат вычисляются с помощью следующих уравнений:

,

,

   

.

Вектор напряжения  определяется на основе измеренного напряжения в звене постоянного тока  преобразователя частоты и текущего состояния транзисторов инвертора. Точность расчета вектора  корректируется на основе измеренных и вычисленных значений токов в соответствии с выражением

.