Со скалярной компенсацией момента

Функциональная схема системы скалярного частотного управления с преобразователем частоты «Danfoss FC – 302» с компенсацией момента приведена на рис. 4.3.

Схема предусматривает два режима управления: местное и дистанционное. При местном управлении задание рабочей скорости определяется опорной частотой , а управление пуском и остановом двигателя производится с панели управления преобразователя. При дистанционном управлении скорость двигателя определяется аналоговым задающим напряжением от внешнего потенциометра – «скорость». Задающее напряжение преобразуется в код частоты преобразователем «напряжение – частота» (ПНЧ), а затем в сигнал регулирования преобразователем «частота – напряжение» (ПЧН). Преобразователь «частота – напряжение» формирует также закон изменения напряжения регулирования в функции частоты , чем и устанавливает один из принятых способов частотного регулирования класса . Преобразователь «Danfoss FC – 302» позволяет задать произвольную кривую, связывающую между собой ЭДС и частоту , аппроксимированную 2–6 точками.

При скалярной компенсации момента сигнал управления является суммой сигнала регулирования и сигнала положительной обратной связи по току

, (4.4)

где – коэффициент компенсации момента (коэффициент положительной обратной связи по току); – активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя; – сигнал, пропорциональный действующим значениям токов , , обмоток статора асинхронного двигателя.

Сигнал управления является входным для прямого координатного преобразователя (ПКП), на выходе которого формируется три синусоидальных напряжения управления , , , сдвинутые относительно друг друга на угол , с амплитудами, пропорциональными напряжению управления. Сигналы , , формируют фазные напряжения на выходе автономного инвертора напряжения (АИН).

Рис. 4.3. Функциональная схема скалярного частотного управления

с компенсацией момента

Принцип действия системы частотно регулируемого асинхронного электропривода с компенсацией момента заключается в следующем. Предположим, что асинхронный двигатель работал на характеристике 1 (рис. 4.4) с моментом на валу двигателя, равным . Если момент на валу двигателя увеличится и станет равным , то возрастет и ток каждой фазы статора двигателя , , , а, следовательно, и сигнал формирователя тока статора (ФТС). Увеличится и корректирующее напряжение положительной обратной связи , вычисляемое по выходному току звеном с передаточной функцией

, (4.5)

где – постоянная времени задержки компенсации момента.

Рис. 4.4. Механические характеристики электропривода (кривые 1,2) и результирующая характеристика – 3 при наличии положительной обратной связи по току

С ростом корректирующего сигнала возрастет и сигнал управления , что приводит в конечном итоге к росту фазного напряжения асинхронного двигателя и увеличению его критического момента, который пропорционален квадрату фазного напряжения – . Характеристика 2 соответствует возросшему фазному напряжению U_1Ф. В результате действия положительной обратной связи электропривод формирует механическую характеристику замкнутой системы – 3, жесткость которой определяется коэффициентом .

Для формирования сигнала положительной обратной связи по току может использоваться модуль тока статора , активная составляющая тока статора , ток в звене постоянного тока. В преобразователе «Danfoss FC – 302» сигнал, пропорциональный мгновенному значению тока статора двигателя, снимается с трех резистивных шунтов , и , включенных в цепь переменного тока инвертора напряжения, рис. 4.5. Однако если через обмотки статора асинхронного двигателя не протекают токи нулевой последовательности, то достаточно двух датчиков тока, а ток в третьей фазе, например, , можно определить через токи фаз и

, (4.6)

где – мгновенные значения токов в фазах А, В и С.

В большинстве преобразователей так и поступают, устанавливая два датчика тока, а возникающая при этом несимметрия сопротивлений цепи статора несущественна и не оказывает влияние на работу электропривода и его характеристики.

Рис. 4.5. Инвертор напряжения с датчиками тока – резистивными

шунтами

Векторные диаграммы при скалярной компенсации момента для случаев идеального холостого хода и наличии нагрузки на валу двигателя изображены на рис.4.6.

Рис. 4.6. Векторные диаграммы асинхронного двигателя при скалярной IR-компенсации: а – режим холостого хода; б – при наличии нагрузки на валу двигателя

При скалярной компенсации меняется только модуль напряжения обмотки статора асинхронного двигателя без изменения фазового угла, что приводит к непостоянству векторов ЭДС и потокосцепления . Возможны дополнительные возмущения в системе, связанные с изменением фазового угла вектора . Несмотря на этот недостаток, разомкнутые структуры частотного регулирования скорости со скалярной компенсацией момента на основе автономных инверторов напряжения находят широкое применение в приводах длительного режима работы при постоянной скорости с диапазоном регулирования : 10.

Электромеханическая характеристика, определяющая зависимость приведенного тока ротора от скольжения для режима неполной компенсации момента

, (4.7)

где > 0 – эквивалентное активное сопротивление цепи обмотки статора; – скольжение; – синхронная угловая скорость; – угловая скорость асинхронного двигателя; – число пар полюсов; – относительная частота; – номинальное значение частоты напряжения статора асинхронного двигателя; – регулируемое значение частоты напряжения статора; – индуктивное сопротивление короткого замыкания при номинальной частоте питающей сети; – индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное к обмотке статора при номинальной частоте питающей сети; – активное сопротивление обмотки статора; – активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора; – фазное напряжение обмотки статора; – индуктивное сопротивление намагничивания при номинальной частоте питающей сети.

Ток статора через приведенный ток ротора можно найти по формуле

, (4.8)

где . (4.9)

Механическая характеристика асинхронного двигателя для режима неполной компенсации момента, при переменных значениях величины и частоты напряжения питания определяется выражением:

(4.10)

При полной компенсации момента, когда , а , происходит регулирование с законами класса . Механическая характеристика электропривода опишется выражением

. (4.11)

Момент критический асинхронного двигателя будет равен

, (4.12)

а критическое скольжение

. (4.13)

Механические характеристики асинхронного двигателя, построенные по (4.11) при частотном регулировании скорости и законом регулирования (полная компенсация момента) приведены на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Механические характеристики асинхронного двигателя при частотном регулировании скорости с IR-компенсацией и законом регулирования

Как следует из анализа рис. 4.7 при регулировании скорости с критический момент асинхронного двигателя остается постоянным.