Лабораторная работа №7

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

БЕЗ ДАТЧИКА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО СКОРОСТИ

Цель работы: получить практические навыки настройки преобразователя частоты «Danfoss FC – 302», исследовать работу электропривода с векторным управлением без датчика обратной связи по скорости.

Общие положения

В частотно-регулируемых асинхронных электроприводах векторное управление связано как с изменением частоты и текущих значений переменных (напряжения, тока статора, потокосцепления), так и со взаимной ориентацией их векторов в декартовой системе координат. За счет регулирования и амплитудных значений переменных, и фазовых углов между их векторами достигается наиболее качественное регулирование скорости, момента и тока асинхронного двигателя, как в статике, так и динамике. В тех случаях, когда по требованиям технологического процесса диапазон регулирования скорости асинхронного двигателя не должен превышать применяются бездатчиковые системы асинхронных электроприводов с векторным управлением. В таких системах информация о текущих значениях и пространственных положениях векторов потокосцепления и значениях скорости вращения асинхронного двигателя определяется косвенно по мгновенным значениям токов и напряжений фаз двигателя на основе математической модели асинхронного двигателя. Бездатчиковые системы векторного управления асинхронным двигателем из-за нестабильности параметров схемы замещения двигателя уступают системам с прямым векторным управлением.

Электромагнитный момент асинхронного двигателя можно определить через произведение вектора , комплексно сопряженного с вектором потокосцепления обмотки ротора , и вектора тока статора [1].

Уравнения электромагнитного момента асинхронного двигателя в виде скалярных произведений векторов , в их компактной и развернутой формах:

(1.1)

Если сориентировать систему координат по действительной составляющей потокосцепления ротора , то мнимая составляющая вектора потокосцепления ротора будет равна нулю. В этом случае момент асинхронного двигателя пропорционален произведению действительной составляющей потокосцепления ротора и мнимой составляющей тока статора :

. (1.2)

На основе выражения (1.2) строятся системы векторного управления асинхронным электроприводом с ориентацией по вектору потокосцепления ротора.

Функциональная схема асинхронного электропривода с бездатчиковым векторным управлением с ориентацией по вектору потокосцепления ротора приведена на рис 1.1.

Рис. 1.1. Функциональная схема асинхронного электропривода с бездатчиковым векторным управлением с ориентацией по вектору потокосцепления ротора

На рис. 1.1 приняты следующие обозначения физических величин:

– сигнал задания потокосцепления ротора;

– сигнал задания скорости вращения электропривода;

– сигнал, пропорциональный действительной составляющей потокосцепления ротора;

– сигнал, пропорциональный мнимой составляющей потокосцепления ротора;

– сигнал задания действительной составляющей тока обмотки статора;

– сигнал задания мнимой составляющей тока обмотки статора;

– сигнал, пропорциональный действительной составляющей тока статора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– сигнал, пропорциональный мнимой составляющей тока статора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– сигнал задания действительной составляющей напряжения обмоток статора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– сигнал задания мнимой составляющей напряжения обмоток статора асинхронного двигателя во вращающейся системе координат;

– составляющая вектора напряжения обмотки статора, ориентированная вдоль оси вращающейся системы координат;

, , – токи фаз обмоток статора асинхронного двигателя;

, , – напряжения фаз обмоток статора асинхронного двигателя;

Схема содержит прямой (ПКП) и обратный (ОКП) координатные преобразователи. Преобразователи координат необходимы для того, что построение системы управления электроприводом переменного тока возможно только во вращающейся системе координат, а токи и напряжения обмоток асинхронного двигателя – гармонические сигналы неподвижной трехфазной системы координат.

Регуляторами системы управления в соответствии с задающими сигналами скорости и потокосцепления и сигналами обратной связи формируются сигналы управления во вращающейся системе координат. В прямом координатном преобразователе управляющие сигналы переводятся в сигналы неподвижной системы координат, которые управляют инвертором.

Система уравнений, в соответствии с которыми осуществляется преобразование сигналов прямым координатным преобразователем, приведена в лабораторной работе №2.

Обратный координатный преобразователь сначала пересчитывает мгновенные значения напряжений трехфазной системы координат A, B, C в неподвижную систему координат :

(1.4)

Затем напряжения переводятся во вращающуюся систему координат :

, (1.5)

. (1.6)

По этим же формулам выполняется обратное преобразование для расчета токов , .

Мгновенное значение пространственных углов поворота векторов потокосцепления, тока и напряжения вычисляются на основании скорости вращения поля статора:

. (1.7)

В современных электроприводах переменного тока потокосцепление ротора вычисляется через уравнения динамической модели асинхронного двигателя с помощью эстиматора потока. Уравнение для расчета потокосцепления ротора может быть получено из решения системы уравнений, описывающих работу асинхронного двигателя в динамике во вращающейся системе координат [2]:

(1.8)

где – скорость вращения ротора.

– составляющая вектора потокосцепления обмотки статора, ориентированная вдоль оси вращающейся системы координат;

– коэффициент рассеяния.

Эстиматор потока решает совместно систему уравнений (1.8) относительно составляющих вектора потокосцепления ротора во вращающейся системе координат при

, (1.9)

где – частота напряжения обмоток статора двигателя.

В бездатчиковых асинхронного электропривода с векторным управлением информация о скорости вращения электродвигателя рассчитывается эстиматором положения и скорости. В бездатчиковых электроприводах измерение скорости производится через легко измеряемые напряжения на выходе инвертора, к которому подключен асинхронный двигатель и токи фаз статора двигателя.

В основу принципа построения систем бездатчикового векторного управления положено математическое описание асинхронного двигателя в неподвижной системе координат , [2]: