19 Шрейнер Р.Т
advertisement
ТРЁХЗОННАЯ СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Р.Т. Шрейнер, В.К. Кривовяз, С.И. Шилин, А.И. Хабаров. ЗАО «Автоматизированные системы и комплексы» г.Екатеринбург, 2014г. СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 2. Функциональная схема трёхзонной векторной системы управления электроприводом 3. Принципы синтеза САР с ослаблением магнитного поля двигателя 4. Синтез системы автоматического регулирования напряжения статора для второй и третьей зон регулирования скорости 5. Организация третьей зоны регулирования скорости 6. Ограничение момента в трёхзонной САР скорости 7. Результаты математического моделирования векторной многозонной САР скорости 8. Заключение 1. Введение Важным практическим вопросом построения частотно-регулируемых электроприводов переменного тока является рациональное использование ограниченных энергетических ресурсов силовой части с позиций расширения диапазона регулирования скорости и обеспечения максимально возможной перегрузочной способности привода. Теоретической базой решения данного вопроса служат исследования экстремальных характеристик асинхронных электродвигателей при ограниченных ресурсах источников их питания. Показано, что для достижения максимальной перегрузочной способности двигателя зону повышенных скоростей с ослаблением магнитного поля следует разделить на две зоны с различающимися алгоритмами управления. В результате система частотного управления асинхронным электроприводом должна строиться как т р е х з о н н а я. 1. Введение Доклад посвящен вопросам приложения этой теории к построению систем векторного частотного управления асинхронными электроприводами с глубоким ослаблением поля двигателя. 2. Функциональная схема трёхзонной векторной системы управления ЭП r r.max РЭ А max G ЗИ * uом - РС m* РМПС k ОМ m*max ФМ Is.max k зап u*sy.гр u*sy u*sx ПК Us РТ i*sx * isy i*my Ud ФН i*sx * i sy БУПК isx isy От ИПТ ДН usa usb usc СУ АИН i sa i sb i sc *x * y ПК Is Sa Sb Sc ДС АИН + – ДТ АД Иерархия последовательно подчиненных локальных систем однозонной САР скорости 1. Разомкнутая САР напряжения статора с регулированием по возмущению. 2. Замкнутая САР вектора токов статора во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора АД. 3. Разомкнутые САР потокосцепления ротора и электромагнитного момента АД с регулированием по возмущению. 4. Замкнутая САР скорости с регулированием по отклонению. Структура регуляторов электромагнитного момента и потокосцепления ротора p rx РМПС r НЭ1 − 1 Tб p r irx ÷ lrσ rr m* Фm(p) ÷ i ry 1 lrσ i sx mx x2+y2 i mx 2 НЭ2 m my N ÷ i my l m1 isy k k Принципы синтеза трехзонной САР с ослаблением магнитного поля двигателя Расширение диапазона регулирования скорости электропривода вверх в условиях ограниченных ресурсов преобразователя по максимальному напряжению объективно требует ослабления магнитного поля двигателя, и как следствие – введения дополнительных регуляторов в системе управления. Для этого структура однозонной САР дополняется системой регулирования напряжения статора, позволяющей автоматически переходить в режим ослабления поля (во вторую зону) в функции контроля текущего значения напряжения, формируемого регуляторами тока. Для автоматического перехода в третью зону скоростей вводится ограничитель величины абсолютного скольжения ротора двигателя на уровне, оптимальном для данной зоны. Синтез системы автоматического регулирования напряжения статора для второй и третьей зон регулирования скорости В зоне повышенных скоростей основную долю напряжения статора составляет ЭДС вращения. В векторной системе частотного управления, прямо или косвенно ориентированной по вектору потокосцепления ротора, вектор ЭДС вращения оказывается практически ортогональным ориентирующему вектору, задающему направление оси Ox вращающейся системы координат. Наиболее значимой компонентой вектора ЭДС является его составляющая по оси Oy, т.е. компонента 𝑒𝑠𝑦. Поэтому данная компонента используется в качестве основного инструмента регулирования. Расчётная схема САР ЭДС вращения Регулятор ЭДС esy e*sy ‒ ‒ 1 kr Te p НЭ2 0 Ψmin1 Ψmax НЭ1 ÷ САР потокосцепле ния ротора АД r ФΨ(p) r Звено объекта esy kr НЭ3 -1 При внедрении данной системы в структуру многозонной САР электропривода учтены следующие обстоятельства: 1. Для регулирования ЭДС вращения по отклонению необходимо формирование соответствующего сигнала обратной связи по ЭДС вращения, что представляет определённые трудности. 2. Формирование задающего воздействия должно быть подчинено главной причине введения данной САР, а именно – контролируемому ограничению напряжения статора на заданном предельно допустимом уровне, учитывающем наличие некоторого запаса «на регулирование». С учётом данных обстоятельств расчетная структурная схема САР ЭДС вращения преобразована к следующему виду: Формирователь задания u*sy НЭ1 ud kзапkсх (Us.гр)2 (u*sx)2 usy.гр ‒ ‒ 1 k r Te p Us.гр НЭ2 0 Ψmin1 Ψmax Звено объекта u*sx Регулятор ЭДС ÷ НЭ3 r esy САР РПС r kr -1 Это позволило заменить обратную связь по ЭДС вращения обратной связью по модулю компоненты (𝑢𝑠𝑦∗) заданного напряжения статора, формируемого регулятором тока статора. Кроме того, введен коэффициент запаса на регулирование 𝑘зап<1, что обеспечивает работу регуляторов в линейной зоне. Организация зон регулирования скорости с ослаблением магнитного поля m,is,us,ir, Ψr,5β Третья зона Вторая зона Первая зона m is Ψr βкр Вторая зона ir us β ω Расчёт режимов работы двигателя АИУЕ225М6 40 кВт в системе с ослаблением поля Организация третьей зоны регулирования скорости Третья зона m,is,us,ir, Ψr,5β Вторая зона Первая зона m is Ψr βкр ir us β ω Расчёт режимов работы двигателя АИУЕ225М6 40 кВт в системе с ослаблением поля Ограничение момента в трёхзонной САР скорости Коррекция скольжения в третьей зоне осуществляется в рамках общей задачи ограничения момента в трёхзонной САР скорости. ∗ Уставка ограничения момента 𝑚𝑚𝑎𝑥 формируется по двум каналам, выходные ∗ сигналы которых обозначаются как 𝑚max 1,2 и ∗ 𝑚max 3 . Структуры этих каналов соответствуют функциям: ω 1,2 3 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ 𝑚max 1,2 = 𝑓(Ψ𝑟 , 𝑖𝑠𝑥 , 𝑖𝑠𝑦 , 𝑖𝑚𝑦 , 𝐼𝑠.𝑚𝑎𝑥 ); ∗ ∗ 𝑚max 3 = 𝑓(Ψ𝑟 , 𝑟𝑟 , 𝛽𝑘3 ) где 𝛽𝑘3 = m 1 − 𝑘 𝛽кр при 𝑢 > 0 1 + 𝑘 𝛽кр при 𝑢 < 0 , где 𝑘 – относительно малая величина ∗ Актуальная уставка ограничения момента 𝑚𝑚𝑎𝑥 формируется путем выборки наименьшего из значений двух названных функций Результаты математического моделирования векторной многозонной САР скорости m,is,us,ω, Ψr,ωs m ωs ω is Ψr is us Ψr is m t,c Заключение Результаты математического моделирования подтверждают справедливость изложенных выше положений теории построения трёхзонных систем векторного частотного управления асинхронными электроприводами с ослаблением магнитного поля двигателя. Спасибо за внимание!
