Астапов В.Н. Лекции по ТСА

Подождите немного. Документ загружается.

рис. 4), а затем считают обратно до 0. Значения, которые необходимо сохранить

в трех регистрах сравнения, показаны в таблице 3.

Таблица 3. Значения регистров сравнения в зависимости от номера сектора

Лекция 18

1.2.3 Алгоритм определения сектора

Для определения сектора, к которому относится заданное напряжение статора

, в литературе предлагаются различные алгоритмы. Они, как правило, требуют

множества арифметических операций и основаны на координатах напряжения Vs

на плоскости Concordia или фазовом пространстве a-b-c. Когда данные значения

определяются по принципу управления V/f, модули напряжений статора V

вычисляются по правилу постоянства V/f, а фаза этих напряжений 

определяется 

с помощью дискретно-временного интегратора.

Рис.5. Алгоритм определения сектора.

Для эффективной реализации данного алгоритма определения сектора

необходимо манипулировать ' и k, вместо , в специальном интеграторе, как

показано на рисунке 6. Номер сектора k является выходом счетчика по модулю

6, который активизируется при каждом достижении ' значения /3. При этом

также выполняется ограничение области значений ' в диапазоне между 0 и /3.

Рис. 6. Определение сектора

Результирующая блок-схема, представленная на рисунке 8, может

использоваться для построения контура управления в котором разность между

желаемой и измеренной скоростью поступает на вход ПИ-регулятора, в котором

определяется частота статорного напряжения. Для снижения сложности

контроллера в качестве исходных данных для вычисления правила V/f и

алгоритма векторного ШИМ-управления используются абсолютные значения

частоты статорного напряжения. Если на выходе ПИ-регулятора присутствует

отрицательное значение, то содержимое двух переменных управления силовыми

транзисторами инвертора обмениваются местами.

Рис.7. Блок-схема векторного ШИМ-управления

Рис. 8. Блок-схема завершенной системы управления

2.3.1 Описание аппаратной части (ATAVRMC200)

Лабораторный стенд реализован на основе оценочной платы

ATAVRMC200. Данная плата может использоваться в качестве отправной точки

для проектирования и проверки устройств управления асинхронными

двигателями.

Основные особенности ATAVRMC200:

 Микроконтроллер AT90PWM3

 Управление асинхронным электродвигателем 110-230В

 Интеллектуальный силовой модуль (230В/400Вт)

 Интерфейс внутрисистемного программирования эмулятора

 Интерфейс RS232

 Изолированный ввод-вывод для датчиков

 Вход 0-10В для команд и датчика

3.3.2. Описание программы

Все алгоритмы написаны на языке Си, при этом, в качестве инструментальных

средств для проектирования использовались IAR Embedded Workbench и AVR

Studio. В алгоритме векторного ШИМ-управления используется таблица

ближайших значений 127sin(2?k/480) для k= 0...80. Размер этой таблицы (81

байт) является наилучшим соотношением между доступной внутренней памятью

и частотой оцифровки скорости вращения ротора. При двунаправленном

управлении скоростью при изменении направления вращения на обратное на

выходе ПИ-регулятора устанавливается отрицательное значение. В этом случае

необходимо поменять местами значения, сохраненные в двух компараторах (см.

рисунок 8).

Таблица 4. Перечень файлов, используемых в проекте "Project_Vector" в

среде для проектирования IAR

Файл

Описание

main_space_vector_PWM.c Основной верхний

уровень приложения

space_vector_PWM2.c

Определение сектора и

угла тетта

controlVF.c

Вычисление

постоянного отношения

V/F

mc_control.c

Контур управления

(ПИ)

read_acquisitionADC.c

Возврат результата

АЦП

init.c

Инициализация ЦПУ

(порты ввода-вывода,

таймеры)

psc_initialisation2.c Инициализация PSC

adc.c Функции АЦП

dac.c Функции ЦАП

На рисунке 9 представлен переходной процесс изменения скорости и

статорных напряжений, полученных при управлении микроконтроллером со

скачкообразным изменением заданной скорости между значениями +700 и -700

об./мин. Данные экспериментальные результаты были получены при управлении

асинхронным двигателем мощностью 750 Вт. Из рисунка следует, что желаемая

скорость достигается по завершении переходного процесса длительностью 1.2

секунды, а затем, когда частота статора на выходе ПИ-регулятора приблизится к

нулю, амплитуда статорного напряжения будет равна пороговому напряжению.

Данный рисунок также демонстрирует, что при использовании векторного

ШИМ-управления переходной процесс получается более гладкий, но и более

длительный.

Рис. 9. Результаты измерения частоты вращения (об/мин) и фазного напряжения статора (В)

при управлении микроконтроллером и скачкообразном изменении заданной частоты

вращения.

Лекция 19

Унифицированные системы автоматизированных

электроприводов.

Унифицированные системы выполняются на базе комплектных

электроприводов постоянного и переменного токов. Доля электроприводов

постоянного тока составляет в новых разработках систем автоматизации

примерно 10%. Преимущественно применяют электроприводы переменного тока

с асинхронными, синхронными и индукторными двигателями.

В соответствии с идеологией блочно-модульного исполнения комплектных

электроприводов, как правило, предусматривается возможность широкого

варьирования средств, входящих в состав комплектного электропривода, с целью

их адаптации к режимам и условиям работы механизмов в технологических

агрегатах.

Типовая структурная схема комплектного электропривода показана на

рис.4.1,

Рис.4.1. Типовая структурная схема комплектного электропривода.

где КЗА – коммутационно-защитная аппаратура;

ФНТ1(2) – силовые модули фильтрации, согласования напряжений и

ограничения токов на входе и выходе электронного преобразователя;

М – электродвигатель с датчиком скорости ДС или без него.

Модули электронного преобразователя соответствуют конкретной схеме

электропривода. Так, для частотно-регулируемых электроприводов переменного

тока применяются модули выпрямителя и инвертора; для электроприводов

постоянного тока – модули реверсивного или нереверсивного выпрямителя.

Комплектные электроприводы имеют исполнения различающиеся:

по току, напряжению и мощности преобразователей;

числу двигателей (одно- и многодвигательные);

наличию или отсутствию реверса;

способу торможения(с рекуперацией, без рекуперации энергии в сеть,

динамическое торможение);

диапазону изменения скорости;

регулируемым переменным (скорость, положение, синхронизация

скоростей или положений, нагрузка многодвигательных электроприводов,

мощность, натяжение, давление, подача и др.)

напряжению и частоте питающей сети (380; 660 В; или 2; : или 10кВ);

способу связи с питающей сетью (трансфор-рная связь, реакторная связь).

Комплектные электроприводы имеют также различные исполнения: по

конструкции; виду охлаждения силовых полупроводниковых элементов

(естественное, воздушное - вентиляторы, водяное); по обслуживанию шкафов с

аппаратурой (одно или двухстороннее) и т.п.

Блочно модульные принципы комплектования

автоматизированных электроприводов.

Электроприводы переменного тока

Частотно-регулируемые электроприводы выпускают различные

электротехнические корпорации: одно из ведущих мест на мировом рынке

занимают фирмы «Allen-Bradley» и «Siemens».

Существует два блочных варианта выполнения преобразователей: первый

– для подключения к сети переменного трехфазного напряжения; второй – в виде

автономного инвертора напряжения для подключения к сети постоянного

напряжения. Соответственно имеется силовой блок ввода (преобразования

переменного напряжения в постоянное), модульные варианты выполнения

которого обеспечивают:

шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное

(одноквадрантный режим) (рис. 4.1, а ,б );

Рис. 4.1. а) б) в)

Рис. 4.1. г) д) е)

шестиимпульсное преобразование переменного напряжения и наоборот с

использованием тиристоров (четырехквадрантный режим) (рис.4.1, г);

шестиимпульсное преобразование переменного напряжения в постоянное

и наоборот с использованием силовых транзисторов, шунтированных диодами

(четырехквадрантный режим) (рис. 4.1, д).

Двенадцатиимпульсное преобразование обеспечивается двумя

трехфазными мостовыми схемами выпрямления, питание которых

осуществляется через трехобмоточный трансформатор с двумя вторичными

обмотками, сдвинутыми на 30 электрических градусов (рис.4.1, в).

Силовым блоком вывода является автономный инвертор напряжения (рис.

4.1, е). Объединение блоков ввода и вывода соответствует полной схеме

преобразователя частоты (ПЧ).

Дополнительными модулями ПЧ являются модули: коммутационно-

защитной аппаратуры (КЗА), дросселей ввода и вывода, фильтров (ввода и

вывода) электромагнитных помех, торможения (транзисторные с внутренним

или наружным резистором).

При использовании четырехквадрантного режима преобразования (блок

ввода и вывода) возможна рекуперация энергии двигателя в сеть переменного

тока. Это происходит в режимах торможения и реверса электродвигателя. Если

используется одноквадрантный режим преобразования (блок ввода), для

торможения электродвигателя предусматривается тормозной модуль в виде

транзисторного ключа и тормозного резистора, подключенных к сети

постоянного напряжения. Происходит рекуперация энергии двигателя через

инвертор в сеть постоянного тока и «гашение» её на тормозном резисторе.

Аналогично выполняются преобразователи частоты фирмы АВВ. В рамках

концепции ACS 600 MultiDrive (56) разработана единая система управления

приводами с общей питающей шиной постоянного тока для широкого диапазона

мощностей, позволяющая снизить расходы на настройку и обеспечивающая

максимальные эффективность и экономичность при её использовании. Система

имеет возможность расширения благодаря объединению с другими системами

управления – от простых до охватывающих все предприятие. Для управления

большими системами электроприводов возможно применение распределенной

системы управления. Для ее координации используются дополнительные

контроллеры и быстродействующие локальные шины.

Система имеет модульную конструкцию с общей питающей шиной

постоянного тока. В базовую конфигурацию входят следующие модули.

Входной модуль. Через этот модуль к системе подводится трехфазное

питающее напряжение. В модуль встроен диодный или тиристорный питающий

выпрямитель мощностью до 525 кВ.А. Базовую конфигурацию модуля

составляют главный выключатель, плавкие предохранители, контактор или

воздушный выключатель.

Модуль диодного трехфазного выпрямителя. Этот модуль используется в

нерекуперативных системах электроприводов для преобразования трехфазного

переменного напряжение в постоянное. Базовая конфигурация состоит из

шестиимпульсного диодного моста со сглаживающим реактором постоянного

тока, платы контроллера для управления одним шестиимпульсным диодным

мостом.

Шинная структура. Питание от общей шины постоянного тока позволяет

осуществлять торможение от двигателя к двигателю без использования

тормозного инвертора или рекуперативного модуля. Стандартно используются

плоские медные шины.

Модули приводов. Каждый инвертор имеет модуль управления приводом,

который содержит контроллер и стандартную плату ввода и вывода. Инверторы

имеют встроенные конденсаторы для сглаживания напряжения питающей шины

постоянного тока. Электрическое соединение с питающей шиной постоянного

тока защищено плавкими предохранителями. Базовая конфигурация состоит из

модуля инвертора с IGBT – транзисторами, контроллера двигателя и

вспомогательного контроллера, модулей ввода и вывода, выходного фильтра.

Вспомогательный модуль управления. Этот модуль подает напряжение на

вспомогательное оборудование, например вентиляторы шкафов

электрооборудования, контакторы и реле в секциях приводов, модули подачи

питания и управления. В нем также могут быть расположены необходимые

приборы (амперметры, вольтметры) и аппаратура сигнализации неисправностей.

Базовая конфигурация состоит из вспомогательного питающего трансформатора

(трансформатор собственных нужд), источника напряжения 24В постоянного

тока.

Аналогично выполняются преобразователи частоты других фирм.

На рис. 4.2 показаны схемы ПЧ, объединяющие основные силовые модули.

Рис.4.2. Преобразователи частоты; а) с рекуперацией энергии торможения;

б)с гашением энергии торможения на резисторе.

Схема (а) обеспечивает в тормозных режимах электродвигателя

рекуперацию энергии торможения в сеть переменного напряжения. Для