 |
Векторное управление электродвигателем
|
|
|
|
Векторное управление - метод управления электродвигателями переменного тока, который позволяет независимо и практически безынерционно регулировать скорость вращения и момент на валу электродвигателя.
Главная идея векторного управления заключается в том, чтобы контролировать не только величину и частоту напряжения питания, но и фазу. Другими словами, контролируются величина и угол пространственного вектора. Векторное управление в сравнении со скалярным обладает более высокой производительностью. Векторное управление избавляет практически от всех недостатков скалярного управления.
Преимущества векторного управления:
• высокая точность регулирования скорости;
• плавный старт и плавное вращение двигателя во всем диапазоне частот;
• быстрая реакция на изменение нагрузки: при изменении нагрузки практически не происходит изменения скорости;
• увеличенный диапазон управления и точность регулирования;
• снижение потерь на нагрев и намагничивание, повышение КПД электродвигателя.
К недостаткам векторного управления можно отнести:
• необходимость задания параметров электродвигателя;
• большие колебания скорости при постоянной нагрузке;
• большая вычислительная сложность.
Обобщенная структурная схема двухканальной САУ АД с подчиненным регулированием в каждом канале приведена на рисунок3.27.
Рисунок 3.27. – Обобщенная двухканальная структурная схема
системы векторного управления АД
Первым каналом является канал стабилизации потокосцепления Ψ2 ротора, а вторым – канал регулирования частоты вращения ω АД.
В канале стабилизации потокосцепления Ψ2 содержится основной контур с регулятором потока РП и подчиненный контур с регулятором тока РТх по оси х. Из выходного напряжения источника питания ИПх вычитается сигнал с блока компенсации БК. Этим устраняется внутренняя обратная связь в АД между силовой цепью и цепью возбуждения. На АД поступает напряжение u1x.
|
|
|
В канале стабилизации частоты вращения ω содержится основной контур с регулятором скорости РС и подчиненный контур с регулятором тока РТу по оси у. С источника питания ИПу на АД поступает напряжение u1у.
Каждый из каналов может быть настроен на модальное управление точно также, как это делалось для ДПТ. Такие настройки гарантируют получение от АЭП с векторным управлением заданное качество как по статическим, так и динамическим показателям при учете электрической инерции обмоток АД, так как это заложено в модель АД в осях х-у.
Развернутая структурная схема двухканальной САУ АД с подчиненным регулированием в каждом контуре приведена на рисунок3.28.
Рисунок 3.28. – Структурная схема электропривода с векторным управлением АД с развернутой структурой системы управления
В схеме для получения сигналов обратных связей по частоте вращения и потокосцеплению применены, соответственно, тахогенератор ТГ, датчики Холла магнитного поля, установленные в зазоре между статором и ротором, и датчики тока двух фаз статора.
В схеме управления применено два преобразователя координат ПК, три преобразователя фаз ПФ, блок восстановления потокосцепления ротора БВПР и тригонометрический анализатор ТА.
Питание АД осуществляется от преобразователя частоты ПЧ, на вход которого поступают сигналы задания трех фазных напряжений uА.зад, uВ.зад и uС.зад. ПЧ точно воспроизводит форму этих сигналов, пропорционально доведя их до значений напряжений uА, uВ и uС, поступающих на статор АД. Преобразователь частоты должен содержать автономный инвертор напряжения - АИН.
|
|
|
Преобразователи фаз ПФ служат для преобразования сигналов трехфазной модели АД в осях АВС в сигналы двухфазной модели в осях α-β и наоборот.
Преобразователи фаз в системе векторного управления должны работать по условию инвариантности мощностей с тем, чтобы при переходе от сигналов в осях α-β, сформированных системой управления, к сигналам трехфазной системы АВС мощность АД не изменялась.
На вход блока поступают сигналы потокосцеплений Ψμα и Ψμβ зазора в осях α-β. На выходе должны быть сформированы сигналы потокосцеплений Ψ2α и Ψ2β ротора в осях α-β.
На вход блока поступают составляющие Ψ2α и Ψ2β по осям α и β потокосцепления Ψ2 ротора. ТА обеспечивает вычисление модуля Ψ2 потокосцепления ротора и его положение в пространстве осей α-β, определяемое углом φ1 между вектором Ψ2 и осью α. Так как для преобразователей координат ПК1 и ПК2 требуется не сам угол φ1, а значения тригонометрических функций от него, то на выходе ТА формируются сигналы sinφ1 и cosφ1.
Блоки преобразования координат осуществляют взаимные переходы между сигналами различных двухфазных обмоток АД в осях х-у и α-β.
Преобразователь ПК1 осуществляет переход для напряжений задания от системы х-у к системе α-β.
Назначением блока компенсации БК является нейтрализация внутренней обратной связи в АД, представленном в осях х-у.
Блок компенсации представляет собой программу (из-за нелинейных вычислений, осуществляемых БК, вычисления целесообразно проводить по программе микропроцессорного устройства), которая обрабатывает поступающие на вход блока сигналы ωЭЛ и i1y. Обрабатываются эти сигналы точно так же, как во внутренней обратной связи. Выходной сигнал БК вычитается из сигналам u1х. Так как одинаковые выходные сигналы БК и внутренней ОС входят в линию сигнала u1х с противоположными знаками, то они друг друга компенсируют.
Установлено, что в блоке тригонометрического анализатора, блоках преобразователей координат и блоке компенсации выполняются нелинейные вычисления. Это предопределяет использование в АЭП АД с векторным управлением микропроцессорных вычислительных устройств.
|
|
|
Ориентация на микропроцессорные устройства предопределяет перевод всех входных сигналов с помощью АЦП в цифровую форму.
Вопросы для самоконтроля:
4. В чем заключается принцип векторного управления?
5. В чем состоят преимущества и недостатки векторного управления?
6. Расскажите о структурной схеме двухканального векторного управления
7. Назначение блока компенсации
8. Назначение преобразователя координат
Литература [1-5]
|
|
|
