 |
9 Электроприводы переменного тока
|
|
|
|
9 Электроприводы переменного тока
9. 1 Краткий обзор систем АЭП переменного тока
До последнего времени основным регулируемым ЭП был ЭП постоянного тока, основным недостатком которого является коллектор, через который идет основной поток энергии.
Недостатки:
- требует ухода;
- нельзя устанавливать в агрессивных и взрывоопасных средах;
- ограничено предельное быстродействие.
С учетом опыта эксплуатации систем постоянного тока, новой элементной базы силовой схемы системы регулирования и при более высоких требованиях к системе созданы современные системы АЭП переменного тока (см. рисунок 9. 1).
Рисунок 9. 1
Сравнительная оценка сложности систем АЭП постоянного и переменного тока представлена в виде таблицы 9. 1.
Таблица 9. 1 Сравнительная оценка сложности систем АЭП постоянного и переменного тока
| Тип электропривода | Коэффициенты сложности | |
| силовая схема | система регулирования | |
| Высокомоментный ЭД + ТП | ||
| АД с КЗ ротором + ТПЧ | ||
| Вентильный двигатель + транзисторно-тиристорный ПЧ | 1, 5 / 4 | 3 / 5 |
Дополнительные преимущества:
1) АД с КЗ ротором:
- дешевизна;
- вес и габариты (0. 5 от веса ДПТ);
- меньший расход цветных металлов.
2) ВД:
- имеет холодный ротор и рекомендуется к применению в прецизионных АЭП.
9. 2 АЭП переменного тока на базе вентильного двигателя
9. 2. 1 Общие сведения о работе вентильного двигателя
Состав:
- вентильный двигатель;
- преобразователь частоты со звеном постоянного тока;
- система регулирования.
|
Рисунок 9. 2 |
Вентильный двигатель (ВД) – обращенная машина постоянного тока (рисунок 9. 2). Индуктор находится на роторе (в виде постоянных магнитов), якорная обмотка на статоре, коллектор заменен полупроводниковым коммутатором.
|
|
|
Для машины постоянного тока
, 
.
Для вентильного двигателя
, .
|
а) б)
Рисунок 9. 3
|
В двигательном режиме работы МДС статора опережает МДС ротора, угол Q»900 поддерживается с помощью ДПР (рисунок 9. 3а). В тормозном режиме МДС статора отстает от МДС ротора, угол Q»900 так же поддерживается с помощью ДПР (рисунок 9. 3б).
|
Рисунок 9. 4 |
Скорость ВД регулируется величиной подводимого напряжения к статору. Приведенная схема ВД является моделью, на практике не применяется из-за сложности коммутатора. Реально обмотка статора выполняется по типу трехфазных обмоток машин переменного тока, а коммутатор в виде ПЧ со звеном постоянного тока (см. рисунок 9. 4). Поэтому ВД относится к машинам переменного тока.
,
где p – число пар полюсов (если p = 1, то электрический градус равен механическому).
|
Рисунок 9. 5 |
В приводе применен транзисторно-тиристорный преобразователь частоты с мостовым коммутатором, который позволяет получить шесть фиксированных положений вектора Fc (рисунок 9. 5).
Изменение Q и М при неизменном IC и изменение Q и IC при неизменном М представлены на рисунке 9. 6а и б, соответственно.
|
а) б)
Рисунок 9. 6 |
Постоянный момент мы получим при изменении Ic.
Регулирование тока статора осуществляется с помощью силовых ключей. Кроме этого силовые ключи изменяют подводимое к двигателю напряжение, за счет чего осуществляется регулирование скорости.
|
Рисунок 9. 7 |
В двигательном режиме работы суммарная ЭДС направлена встречно источнику, а в генераторном – сонаправлены. Переключение тиристорного коммутатора осуществляется датчиком положения ротора (ДПР), изображенных на рисунке 9. 7.
|
|
|
|
Рисунок 9. 8 |
Чтобы тиристорные коммутаторы оставались включенными на всем разрешенном интервале, управление ими должно осуществляться либо широкими импульсами, либо узкими с частотными заполнениями (см. рисунок 9. 8).
В начале каждого участка включается участок равный 300 мкс (это необходимо для восстановления запирающих свойств тиристора).
Силовые ключи СК1 и СК2 выполняют две функции:
- искусственная коммутация тиристоров коммутатора (они периодически, в начале и середине разрешенной зоны отключаются, выключая тем самым ранее включенные тиристоры коммутатора, после чего они включаются, и подаются импульсы на новую пару тиристоров);
- за счет широтно-импульсного или скользящего режимов обеспечивается регулирование напряжения, подводимого к обмотке статора, за счет чего происходит регулирование скорости, а также изменение скорости на интервале дискретности коммутатора, с целью поддержания момента двигателя постоянным.
Управление СК1 и СК2 осуществляется релейным регулятором тока (рисунок 9. 9).
|
Рисунок 9. 9 |
Если используется широтно-импульсный режим, то частота 3¸ 5кГц.
Если используется скользящий режим, то возможны три ситуации:
P0 – (выключены оба СК);
P1 – (включен один СК);
P2 – (включены оба СК).
В режиме Р1 ключи СК включаются поочередно, т. е. СК1, СК2, СК1 и т. д.
При равенстве сигналов Uзт и Uдт включается режем Р1; если при этом ток двигателя уменьшается и выходит за заданный предел, либо по истечении времени t (t » 0, 5 мс), то включается режим Р2. Если ток увеличивается, то включается режим Р0.
Таким образом, осуществляется практически безинерционное слежение импульсного истинного тока за заданным.
В режиме Р2 идет потребление энергии от источника, в режиме Р0 – рекуперация, в режиме Р1 обмотки замкнуты накоротко.
|
Рисунок 9. 10 |
Функциональная схема ЭП с вентильным двигателем представлена на рисунке 9. 10.
В целом система построена по подчиненному принципу управления: главный контур скорости, внутренний – контур тока. Но еще есть независимый контур, обеспечивающий поддержание угла Q.
В отличии от ДПТ, вентильный двигатель регулируется по скорости только в замкнутой системе.
|
|
|
Структурная схема ЭП с вентильным двигателем представлена на рисунке 9. 11.
|
Рисунок 9. 11 |
С релейным регулятором тока контур тока практически безинерционен.
.
Упрощенная структурная схема ЭП с вентильным двигателем представлена на рисунке 9. 12.
|
Рисунок 9. 12 |
Настройка на модульный оптимум
;
.
Получили П-регулятор.
Настройка на симметричный оптимум
;
.
Получили ПИ-регулятор, ЛАЧХ которого представлена на рисунке 9. 13.
|
Рисунок 9. 13 |
Для исключения влияния помех на работу контура тока, вызванных пульсациями тахогенератора, регулятор скорости делают адаптивным.
В зоне низких скоростей применяется классическая настройка на симметричный оптимум. В зоне высоких скоростей W > 0, 25 Wн коэффициент регулятора скорости снижается в три раза, в три раза повышается постоянная времени изодромной части.
|
Рисунок 9. 14 |
Реализация адаптивного регулятора скорости приведена на рисунках 9. 14 и 9. 15.
|
Рисунок 9. 15 |
При скорости W > 0, 25 Wн ключ К размыкается (рисунок 9. 16).
|
Рисунок 9. 16 |
;
,
где 
При скорости W < 0, 25 Wн ключ К замыкается (рисунок 9. 17).
|
Рисунок 9. 17 |
Потенциалы резистора R7 слева и справа равны потенциалу земли, его из рассмотрения можно исключить, так как через него не будет протекать ток.
;
;
.
|
|
|
