0

Векторное управление асинхронным двигателем

 

Для получения высокого качества управления ЭП в статических и динамических (переходных) режимах необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом двигателя.

Момент любого двигателя в каждый отрезок времени определяется величиной (амплитудой) и фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока. В АД токи и потокосцепления статора и ротора вращаются с одинаковыми скоростями, имеют разные, изменяющиеся во времени фазовые параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Доступной управляемой переменной в АД является ток статора, имеющий составляющие, образующие магнитный поток и момент. Фазовая ориентация этих двух составляющих может быть осуществлена только внешним управляющим устройством, чем и обусловлен термин “векторное управление”.

В структуре электропривода двигатель рассматривается как электромеханический преобразователь ЭМП в виде идеализированного двигателя. Его ротор не обладает массой и механической энергией, не имеет механических потерь энергии и жестко связан с реальным физическим ротором, относящимся к механической части ЭП. Такой двигатель может быть представлен электромеханическим многополюсником, содержащим n пар электрических выводов по числу n обмоток, и одну пару механических выводов (смотри рисунок 2). На механических выводах в результате электромеханического преобразования (ЭМТ) энергии при скорости w развивается электромагнитный момент M. Момент M является выходной величиной ЭМП и входной для механической части электропривода. Скорость w определяется условиями движения механической части, но для ЭМП может рассматриваться как независимая переменная. Механические переменные M и w связывают ЭМП с механической частью в единую взаимосвязанную систему. Все процессы в двигателе описываются системой уравнений электрического равновесия (число уравнений равно числу обмоток) и уравнением электромеханического преобразования энергии. Для этого в теории ЭП используют двухфазную модель обобщенного ЭП (смотри рисунок 1), к которой приводятся абсолютно все виды и типы электрических машин:

Векторное управление асинхронным двигателем, image0029

Рисунок 1 – Модель обобщенного ЭМП.

α, β – неподвижные оси статора; d, q – вращающиеся оси ротора; φ – угол поворота ротора; Векторное управление асинхронным двигателем, image0046 - угловая скорость ротора;

Уравнение электрического равновесия i- обмотки:

Векторное управление асинхронным двигателем, image0064

где Векторное управление асинхронным двигателем, image0082 — потокосцепление i-ой обмотки;

i=1a,…2q; j=1a,…2q, Ri – активное сопротивление обмотки, Li,j – собственные и взаимные индуктивности обмоток. Величина взаимных индуктивностей зависит от угла j поворота ротора и от пространственного сдвига обмоток, т.е. является функцией скорости (и времени). Именно поэтому невозможно получить cos φ = 1.

Синтез алгоритмов и систем векторного управления АД базируется на анализе двухфазной dq модели АД (d и q – ортогональная система координат ротора).

Векторное управление асинхронным двигателем, image0103

Рисунок 2 – Схема векторного управления

Схема векторного управления состоит из трех основных функциональных частей:

БРП – блок регуляторов переменных;

БВП – блок вычисления переменных;

БЗП – блок задания переменных;

На вход БРП поступают задающие сигналы скорости и потока, и сигналы обратной связи (с выхода БВП) – ориентированные по полю значения составляющих тока статора, потокосцепления ротора, и скорости. БРП содержит набор регуляторов потока, момента, тока, на выходе которых формируются также ориентированные по полю сигналы задания составляющих тока статора.

БЗП осуществляет фазовые и координатные преобразования задающих dq переменных в систему трехфазных сигналов управления ШИМ АИН. Блок БВП вычисляет текущие значения амплитудных и фазовых параметров dq переменных АД, осуществляя фазовые и координатные преобразования реальных трёхфазных сигналов токов и напряжений АД, поступающих с выходов соответствующих датчиков.

Координатные преобразования, осуществляемые блоком БВП, заключаются в переходе от реальных координат трёхфазной системы статора АД с осями d,q (преобразование 3 → 2). Блок БЗП осуществляет обратные координатные преобразования (2 → 3), от d-q к a,b,c.

Фазовые преобразования в этих блоках обеспечивают привязку фазовых параметров переменных в двух системах координат.

На надежность, стоимость и качество характеристик ЭП влияют число измеряемых параметров и точность измерений. Для векторного управления АД надо измерять хотя бы две из четырех, доступных к измерению переменных:

  1. Токи статора АД;
  2. Напряжения на зажимах АД;
  3. Угловая скорость ротора АД;
  4. Угловое положение ротора АД;

 

Векторное управление позволяет практически в любой момент времени, при любом положении ротора относительно статора, при любой угловой скорости и нагрузке на машину, получить максимальный cos φ АД. Это, в свою очередь, ощутимо повышает К.П.Д и момент эл. машины, который, в данном случае, практически не зависит от угловой скорости двигателя.

 

    Раздел: Частотный преобразователь Метки: ,

    Оставить комментарий

    Отправить сообщение

    CoDeSys GSM/GPRS модем Lectus OPC MasterSCADA Modbus MX110 Omron OPC-сервер owen owen logic PLC Configuration PROFIBUS s-200 SCADA scada системы siemens siemens plc SIMATIC Simplight SMS step7 TRACE MODE Динамизация ИП-320 МЭК 1131–3 ОВЕН ОВЕН ПЛК ОВЕН ПЧВ ПЛК ПЛК ОВЕН ПР 110 Панель оператора Программируемое реле Частотный преобразователь библиотека в CoDeSys визуализация диспетчеризация конфигурация панели программирование ПЛК серия NS сименс плк частотник частотное управление язык CFC язык ST
    .