Частотное регулирование момента в системе ПЧ-АД.

Управляемость асинхронного электропривода, аналогичная управляемости электропривода постоянного тока при и Ф = const, обеспечивается путем одновременного регулирования частоты и напряжения или тока статорной обмотки.

Этот способ регулирования момента реализуется в системе ПЧ—АД, основные особенности которой были подробно рассмо­трены в § 6.5.

При выполнении условий, для которых справедливо линеари­зованное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя при питании от источника напряжения (см. §3.11) и от источника тока (см. § 3.12), при регулировании момента мож­но использовать структурную схему асинхронного электроприво­да, представленную на рис. 6.14.

Если, например, при поддержании постоянным потока = const замкнуть систему отрицательной обратной связью по мо­менту М с коэффициентом обратной связи по моменту , асинхронный электропривод приобретет свойства, подробно рас­смотренные для обобщенной системы УП—Д в § 7.4.

Однако реализация рассмотренного там способа регулирова­ния момента по отклонению в применении к асинхронному электроприводу вызывает практические трудности. Важной осо­бенностью асинхронного электропривода является отсутствие простых способов измерения электромагнитного момента двига­теля. Без принятия специальных мер, момент асинхронного двигателя нелинейно зависит от доступно­го для измерения тока статора, и реализовать обратную связь по моменту с помощью связи по току, как в электроприводе посто­янного тока, здесь не удается.

Как следствие, во многих практических случаях от автомати­ческого регулирования момента по отклонению отказываются и прибегают к использованию компенсационного способа управ­ления с помощью положительной обратной связи по скорости.

Как показано на рис 7.20,а и б, для измерения скорости на ва­лу двигателя устанавливается тахогенератор ТГ, ЭДС которого при постоянном потоке пропорциональна скорости:

при этом уравнение для канала регулирования частоты имеет вид

где — коэффициент усиления регулятора момента РМ.

В соответствии со структурной схемой на рис. 7.11 при учете (7 63) можно записать

Подбором значений обеспечивается критическая по­ложительная связь по скорости

при этом уравнение механической характеристики запишется в виде

Разрешим (7.63) относительно

С учетом (7.65) получим 1

Соотношение (7.67) свидетельствует о том, что в схемах на рис. 7.20 сигнал задания момента пропорционален абсолютному скольжению двигателя поэтому рассматриваемый компенса­ционный способ иногда называют управлением по абсолютному скольжению.

Механические характеристики соответствующие (7 66) при р = 0, представлены на рис. 7.21,а. Они построены в предположении, что преобразователь частоты обладает способ­ностью рекуперации энергии в сеть. Если преобразователь не обеспечивает такой возможности, во втором и четвертом квад­рантах механические характеристики существуют в узкой облас­ти, ограниченной осью абсцисс и характеристикой динамическо­го торможения 2.

При преобразователе частоты, способном передавать энергию как в прямом, так и в обратном направлениях, при критической положительной связи по скорости обеспечивается астатическое регулирование момента в пределах, ограниченных перегрузочной способностью двигателя и при изменении скорости от

характеристики , соответствующей характе­ристики 3, соответствующей противоположному направлению вращения поля и максимальной частоте преобразователя часто­ты

Перегрузочная способность в данной схеме зависит от спо­соба управления полем двигателя. Наименьшая перегрузочная способность соответствует регулированию при = const, наи­большая — при = const, причем она ограничивается насыще­нием магнитной цепи машины и запасом по напряжению преоб­разователя частоты как при питании от источника напряжения (см. рис. 7.20,а), так и при питании от источника тока (см. рис. 7.20,6).

В схеме с инвертором напряжения для регулирования потока в канале управления напряжением предусматривается функци­ональный преобразователь ФП, на вход которого подаются сиг­нал , пропорциональный и сигнал пропорциональ­ный абсолютному скольжению s_a.В функции этих величин функциональный преобразователь определяет сигнал задания напряжения в при или . В частности, при сигнал вычисляется по соотношению (6.17а).

В схеме с инвертором тока (см. рис. 7.20,б) в канал регулиро­вания тока введено нелинейное звено H3I, которое формиру­ет сигнал задания в нелинейной зависимости от определя­емой соотношением (6.176) при

Для поддержания постоянным вектора потокосцепления в динамике на рис. 7.20,б у инвертора тока предусмотрен вход уп­равления фазой тока . В канал регулирования фазы тока введе­но нелинейное звено Н32, реализующее зависимость от абсолют­ного скольжения, определяемую по (6.17в):

Динамические свойства электропривода с рассматриваемым способом регулирования момента определяются (7.66), которое вместе с уравнением движения позволяет построить структурную схему, представленную на рис. 7.21,6.

Рассматривая эту структурную схему, можно заключить, что при задании момента скачком он нарастает до заданного значе­ния по экспоненте и через (3—4) устанавливается на заданном уровне Под действием постоянного момента электропривод при М_с= const движется равномерно ус­коренно до тех пор, пока нарастающая частота не достиг­нет максимального значения Далее при const движение электропривода при данном моменте нагрузки М_с определяется механической характеристикой (рис 7 21,а).

3.4 Регулирование скорости ЭП.

Технологические режимы многих производственных механиз­мов на разных этапах работы требуют движения исполнительно­го органа с различной скоростью, что обеспечивается либо меха­ническим путем, либо путем электрического регулирования ско­рости электропривода. Механические способы регулирования реализуются с помощью ступенчатого или плавного изменения передаточного числа i_o системы. Они требуют введения в кине­матическую цепь привода коробок передач, механических вариа­торов и других устройств, усложняющих механическую часть электропривода, снижающих его надежность и затрудняющих ав­томатизацию технологического процесса.

Этих недостатков лишен другой путь — электрическое регули­рование скорости электропривода, поэтому разработке различ­ных способов его реализации за время развития электропривода уделяется много внимания. В настоящее время механическое ре­гулирование находит ограниченное применение и обычно соче­тается с электрическим. В большинстве случаев регулирование скорости механизма обеспечивается заданием различной скоро­сти двигателя, поддержанием ее на заданном уровне, изменени­ем во времени по требуемым законам с определенной точностью. Изучению общих вопросов, связанных с выполнением электро­приводом этих функций, и посвящена данная глава. Главная за­дача — изучение основных способов регулирования скорости и физических свойств регулируемого по скорости электропривода.

В связи с простотой технической реализации на практике на­ходит достаточно широкое применение регулирование скорости в разомкнутой системе, осуществляемое изменением параметров и управляющих воздействий, определяющих искусственные ме­ханические характеристики электропривода. Однако в связи с повышением требований к точности область применения этих простейших способов постепенно сужается. Все большее значе­ние приобретает автоматическое регулирование скорости по от­клонению и по возмущающим воздействиям.

Рассматривается регулирование скорости как в разомкнутых, так и в замкнутых системах электропривода. В свя­зи с тем, что введение обратных связей влияет как на точность, так и на динамику системы, при изучении свойств электропри­вода с автоматическим регулированием скорости должно уде­ляться особое внимание оценкам динамических показателей точ­ности и качества регулирования аналогично тому, как это было сделано при рассмотрении вопросов регулирования момента.

К числу показателей, характеризующих различные способы регулирования скорости, относится важный дополнительный показа­тель — допустимая нагрузка при работе на регулировочных ха­рактеристиках.

Возможность продолжительной работы электропривода с раз­личными скоростями вызывает необходимость определения до­пустимой по нагреву нагрузки . При изменениях скорости допустимый по нагреву момент двигателя может изме­няться из-за изменения условий вентиляции и потерь энергии, выделяющихся в двигателе. В связи с этим допустимый момент при регулировании скорости в общем случае является функцией скорости.

Момент нагрузки электроприво­да также является функцией скорости Очевидно, что для полного использования двигателя по допустимому моменту необходимо выполнение условия

При существенных нарушениях условия (8.1) возникает необ­ходимость неоправданного завышения мощности двигателя. По­этому при изучении различных способов регулирования важно установить, для какого характера механической нагрузки рационально их применение.

Основой для расчета параметров и воздействий при проекти­ровании разомкнутых систем регулирования скорости являются

соответствующие уравнения статических механических характе­ристик. При этом задаются требуемыми значениями скорости при заданном моменте нагрузки , подставляют значения и в уравнение механической характеристики и, решая по­лученное уравнение, находят соответствующие значения параме­тра или воздействия.