книги из ГПНТБ / Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением

Г Л А В А П Е Р В А Я

АНАЛИЗ ПРИВОДОВ С ЧАСТОТНО-ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1-1. ВВЕДЕНИЕ

Использование в регулируемом электроприводе ма­ шин переменного тока (асинхронных двигателей с короткозамкнутым или с фазным ротором, бесконтактных синхронных двигателей) объясняется достоинствами, которые имеют эти машины по сравнению с коллектор­ ными машинами постоянного тока. Известно, например,

ротора и отношение его к номинальному моменту, опре­ деляющие динамические свойства электрической маши­

самым простым, надежным и экономичным двигателем

тяжелыми и невозможно обеспечить периодическое об­ служивание во взрывоопасных или агрессивных средах.

Эффективное и экономичное использование машин переменного тока в регулируемом электроприводе связа­ но с применением таких способов управления, при кото­ рых изменение скорости машин сопровождается измене­ нием частоты и питающих напряжений (токов) [Л. 11, 20, 30]. Основная трудность, с которой приходится стал­ киваться при разработке систем управления, заключает­ ся в создании надежного управляемого преобразователя

5

энергии, необходимого для питания машины переменного тока регулируемым по величине и частоте напряжением (током). Нельзя сказать, что эта проблема в настоящее время получила универсальное и окончательное реше­ ние. Именно поэтому, несмотря на высокие технико-эко­ номические показатели машин переменного тока по сравнению с коллекторными машинами постоянного то­ ка, регулируемые приводы переменного тока не могут заменить приводы постоянного тока во многих областях применения управляемого привода.

На рис. 1-1 показана структурная схема регулируе­ мого привода переменного тока. На вход схемы управ­

частотный способ управления скоростью машины и ча­

двигателя, причем напряжение в общем случае должно формироваться с учетом параметров нагрузки и требо­ ваний, предъявляемых к режимам работы и регулиро­ вочным характеристикам машины переменного тока и привода в целом. Это означает, что схема управления приводом (рис. 1-1) должна обеспечивать выполнение определенных, достаточно сложных законов регулирова­ ния напряжения питания двигателя, для чего в нее долж­ ны поступать сигналы о параметрах нагрузки, завися­ щих в общем случае от углового положения вала двига­ теля и от времени. Измерение параметров нагрузки и учет их в схеме управления представляют собой доволь­ но сложную техническую задачу, и потому в настоящее время практическое применение нашли приводы с ча­ стотным управлением, в которых учет параметров на-

6

грузки либо совсем не производится, либо производится приближенно. Например, для решения задач, не требую­ щих глубокого регулирования скорости, находят приме­ нение приводы с частотным управлением, в которых и частота, и питающее двигатель напряжение формиру­ ются пропорционально сигналу на входе привода. В тех случаях, когда речь идет о глубоком регулировании ско­

предъявляются специальные требования (например, ра­ бота с постоянным потоком или с минимумом потерь в двигателе, высокая перегрузочная способность по мо­ менту и т. д.), формирование напряжения в приводах с частотным управлением ведется в соответствии с опре­

с частотным управлением. Прежде всего необходимо от­ метить применение привода с частотным управлением в разомкнутой системе регулирования скорости, которая не отличается от схемы привода на рис. 1-1. В Этом слу­ чае поддержание скорости нагрузки, задаваемой вход­ ным сигналом иу, обеспечивается исключительно за счет свойств самой машины переменного тока. При использо­ вании приводов на базе синхронных машин в разомкну­ той системе регулирования можно получить строгое со­ ответствие средней частоты вращения машины входному сигналу. О соответствии мгновенных значений скорости машины входному сигналу говорить не приходится, так как в разомкнутой системе регулирования возмущающие моменты нагрузки при неизменной частоте питания син­ хронной машины уравновешиваются за счет изменения углового положения ротора и, следовательно, за счет из­ менения мгновенного значения скорости. Если в разомк­ нутой системе регулирования использовать привод с асинхронной машиной, то о соответствии средней ско­ рости машины входному сигналу можно говорить, под­ разумевая лишь первое приближение. Объясняется это тем, что момент машины возникает за счет скольжения ротора относительно поля статора, частота вращения ко­ торого задается входным сигналом.

Из-за особенностей регулировочных характеристик машин переменного тока в схеме регулирования рис. 1-1

7

приходится ограничивать скорость изменения входного

По этим же причинам нельзя использовать привод с ча­

ротор которой в общем случае имеет различные проводи­ мости по продольной и поперечной осям d и q. За на­ чальное положение осей принято положение, при котором ось d совпадает с осью абсцисс. На роторе машины раз­

дают с осями d и q соответственно. На статоре машины размещены обмотки wg и Wf, магнитные оси которых совпадают с осями ординат и абсцисс. Такая обобщен­ ная машина может быть положена в основу исследова­ ния различных типов реальных машин. Например, для синхронного двигателя с независимым возбуждением не­ обходимо учитывать обмотки Wf, we и Wd, а обмотку, wq исключить из рассмотрения. Для синхронного реактив­ ного двигателя учитываются только обмотки Wf и wg. При этом предполагается, что на роторе синхронной ма­ шины нет короткозамкнутых (пусковых) обмоток. Для короткозамкнутого асинхронного двигателя необходимо брать все четыре обмотки и принимать равными между собой проводимости ротора по осям d и q.

8

Запишем полную систему дифференциальных уравне­ ний, отражающих зависимости напряжений на обмотках обобщенной машины от параметров, режимов работы машины и нагрузки, полагая, что насыщение магннтопровода и потери в стали машины отсутствуют [Л. 1, 27, 34]: