Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Имя Формирование траектории движения между исходной и

^ечной точками позиционирования осуществляется за счет вы-

,1 формы регулировочных характеристик регулятора скорости

^Гулятора положения и ограничения координат тока и скоро-

В зависимости от технологического процесса система пози-

^нирования может осуществлять малые, средние или большие

смещения.

В режиме малых перемещений система работает без ограни-

ия координат тока и скорости. Поэтому она должна рассмат-

'ться как линейный следящий электропривод, у которого кон-

I положения настроен на МО с коэффициентом настройки

когда достигается апериодический переходный процесс.

В режиме средних перемещений система работает с ограни-

ием тока якоря на уровне /

Я()0Я

, но без ограничения скорости.

[ В режиме больших перемещений система работает с ограни-

|Ием тока якоря и ограничением скорости на допустимом

|}вне Допустимая максимальная величина скорости

эдвигателя определяется его техническими характеристи-

ки, а требуемый уровень ограничения скорости определяется

Ьологическим процессом рабочего механизма.

Ограничение тока якоря и скорости электродвигателя обыч-

•еализуется за счет ограничения сигналов и

и и

на выходе

"ляторов скорости и положения.

| M

singco

КРС

ТусР + 1

С„

•Ш-

Рис 15.18. Расчетная структурная схема позиционного электропривода

Расчетная структурная схема системы позиционирования

••ведена на рис. 15.18. На рис. 15.19 и рис. 15.20 приведены пе-

ТЬдные процессы отработки среднего и большого перемеще-

ili, когда М

л0.

Процесс отработки средних перемещений протекает в два

1па. На первом этапе электропривод разгоняется с максималь-

дм ускорением е

до скорости

соп

переключения, когда ток яко-

do) v

и ускорение

= меняют свои знак в момент прохождения

•йгнала на входе PC через ноль u

vpc

-K

co.

Рис. 15.19. Переходные процессы отра- Рис 15.21). Переходные процессы

(iaiKH среднего перемещения S3 отрабогки большоси перемещения

С этого момента начинается процесс торможения с макси-

мальным замедлением к

до тех пор, пока система не войдет п

линейную зону при подходе к заданной координате. Окончание

позиционирования протекает в линейной зоне и имеет затухаю-

щий апериодический характер.

При отработке больших перемещений электропривод с мак-

симальным ускорением с? разгоняется до максимальной скорости

й)

накс

и с этой максимальной скоростью движется к заданной ко-

ординате. Прн этом ускорение гг=0. В момент, когда сигнал

управления на входе PC проходит через ноль, то есть

электропривод переходит в режим торможения, ток якоря и

ускорение £/ становятся отрицательными и максимальными. Прн

подходе к заданной координате система входит в линейную зону,

и процесс позиционирования завершается так же, как и при отра-

ботке средних перемещений.

Так как при настройке контура положения на МО система

является статической относительно возмущения но моменту, то

точность позиционирования зависит от величины коэффициента

усиления регулятора положения Крп и от момента сопротивления

Л/

. Чтобы система точно перемещала рабочий механизм в задан-

ное положение, величина коэффициента усиления Кщ должна

определяться соотношением

к =

*с ЩШИЩ, (15,63)

где о»-ускорение торможения при Л/

=0.

iVb этого уравнения сле-

i что требуемый коэф-

Иснт усиления К

ц уве-

СТСЯ при увеличении Af

уменьшении задания

1ш. Чтобы это условие

Кц

нялось при отработке

их и больших цере-

зин. в структуре системы

онироваиия используют

;лятор положения с нели-

>Й (параболической) регу-

>чной характеристикой. как показано на рис. 15.21. Форма

характеристики находится из уравнения оптимального про-

£ торможения, для которого скорость определяется соогно-

1ием

Рис

15 21,

1'сгулмрооцчнзл xiipijKiepii-

tn'tiKu

пдрабшшчсскшо рси-улятора

П0.10ЖСПИ»

2 <Щ .

кс

t,)

=- |—

s/gnASт

V КРМ

(15.6-1)

где:

(!>г

- скорость электропривода при торможении в пронсс-

нщноннровапия,

ASt=S-S^ - ошибка по перемещению в режиме торможения,

I & - ускорение торможения, определяемое динамическим ко-

иеитом параболического

ре«

улятора положения,

sigtiASr - знак ошибки по перемещению в режиме торможе-

Исходя из (От, находится величина и

кл

=к

(

(От-, и формируется

лировочная характеристика РП

Теоретически при малых заданиях S

параболический регу-

р должен иметь очень большой коэффициент усиления, что

пуст и мо исходя из требований к качеству переходного про-

а позиционирования. Поэтому для малых S.^ параболический

"лятор выполняют с линейной частью, характеристики кото-

К?гг Крпмо- В этом случае минимизируется время позииио-

вания при средних и больших значениях и обеспечивается

шее качество переходных процессов в окрестности точки

тонирования.

Глава 16. Типовые системы управлении асинхронными

частотно-регулируемыми ыектроприводами

16.1. Общие положения

Универсальные регулируемые электроприводы переменного

тока обычно строятся на базе асинхронных двигателей с коротко-

замкнугым ротором с частотным управлением При этом в каче-

стве источников питания применяются полупроводниковые пре-

образователи частоты, работающие в режиме источника напря-

жения (ПЧН) или источники тока (ПЧТ).

Целесообразный способ управления двигателем зависит от

технических требовании к системе электропривода. В электро-

приводах с ограниченным диапазоном регулирования и отсутст-

вием динамических режимов работы применяется частотно-

параметрический способ, при котором принудительно регулиру-

ется частота и действующее значение выходного напряжения

ПЧН в соответствии с заданной скоростью.

В электроприводах с ограниченным диапазоном рс1удпрова-

ння, к которым предъявляются высокие требования к динамиче-

ским режимам, применяется частотно-то к овый способ, при кото-

ром принудительно регулируется частота и действующее значе-

ние выходного тока ПЧТ в зависимости от абсолютного скольже-

ния двигателя при заданной скорости и действующей нагрузке.

В электроприводах с большим диапазоном регулирования

скорости и высокими требованиями к динамическим характери-

стикам применяется регулирование мгновенных значений трех-

фазной системы питактщих напряжений и токов с использовани-

ем векторного принципа регулирования.

16.2. Асинхронные электроприводы с частотно-

параметрическим регулированием скорости

Наиболее простыми системами частотною регулирования

являются частотно-параметрические системы Такие системы

обеспечивают диапазон регулирования скорости до

Г>—

10:1 при

статизме по моменту .V,^=5-10%. Обычно это разомкнутые по ско-

рости системы частотною регулирования, у которых желаемое

семейство механических характеристик асинхронного двигателя

реализуется за счет формирования регулировочной характери-

стики преобразователя частоты - отношение амплитуды питаю-

щего напряжения к частоте G^

/ Jnu

Функциональная схема такой системы электропривода при-

на рис. 16.1 Частота fa; определяется величиной задавае-

скорости (Оу Канал

ирования частоты

зо вате л я вы пол -

с линейной регу-

:чной характе-

пкой fwifax)- В ка-

рсгулирования на-

жия включается

Шнональный прс-

и,

Чи-/м|

Гюе 'Л I 'I'fnt'iitiNifinж! сггш системы

кишржиагс

vmrrpc

Пришла с MMTnTHibftijuun^M'ii-reMM

регулк^эыицем

вате л ь ФП, кото-

•спечивает требуемое соотношение между частотой и на-

гнием При лом желательно предусмотреть отрицатель-

обратную связь по выходному напряжению Up7» чтобы пре-

1ТСЛ1. частоты обладал свойством источника напряжения

позволяет достаточно точно выполнять требуемый закон рс-

:вания G„,

Наиболее часто встречающиеся законы регули-

ния рассмотрены п §101.

Электроприводы с частотно-параметрическим регулирова-

скорости примечаются в технологических установках, рабо-

их в продолжительном режиме с относительно медленным

]ением скорости. Такие системы целесообразно также при-

., если по технологии 1ребуегся одновременное регулиро-

•1с скорости группы однотипных электроприводов, например,

нгов с индивидуальными приводами роликов В этом слу-

-образователь частоты является общим источником иита-

я группы приводов.

16J. Системы асинхронного электропривода с частотно-

токовым управлением

Асинхронные электроприводы с диапазоном регулирования

гги до П=100:1 и высокими требованиями к динамике, ко-

:ушсетвляются частые пуски, торможения и реверсы, вы-

няются как системы с частот но-токовым управлением В та-

системах преобразователь частоты работает в режиме источ-

тока. Это достигается применением преобразователей час-

типа ПЧТ или преобразователей частоты типа ПЧН, кото-

охватываются отрицательной обратной связью по току. Сис-

регулирования осушествляет задание частоты и величины

статора в соответствии с заданной скоростью и нагрузкой на

налу двигателя. Фазное напряжение статора при питании от ис

точника тока является неконтролируемым параметром. Ill

рис. 16.2 приведена схема замещения и векторная диаграмм!

асинхронного двигателя при питании от источника гока. Из век-

торной диаграммы следует, что при I^-const с уменьшением

скольжения и, следовательно, момента на валу двигателя, гок па

магничнвания JJ, растет до значения равного /,. Двигатель перехо-

дит в режим насыщения. Во избежание этого ток статора I, сле-

дует соответствующим образом регулировать в зависимости oi

величины гока /

, пропорционального моменту двигателя.

r/,

vaг

Plic.l

2. Схема лаыещеиил и векторная диаграмме при питлнни псинхроннпго дни-

глтеля от источника токи

При питании асинхронного двигателя от источника тока гок

сзатора и потокосцепление в зазоре ']'. в установившихся режи-

мах работы связаны следующим соотношением

(16.1)

где: Ь

- индуктивность цепи намагничивания:

t~ индуктивность рассеяния обмотки ротора:

ft>

- to- s

- абсолютное скольжение.

Поэтому в системах асинхронного электропривода с частот»

но-токовым управлением необходимо функционально связать гок

статора с величиной абсолютного скольжения в соответствии

(16.1). Г'сли при этом механические характеристики двигателя

должны иметь постоянный критический момент, то потокосцеп-

ление ч^. должно быть постоянным. Для этого случая графиче

екая зависимость представлена на рис. 16.3.

икцнональная схема асипх-

ого электропривода с частотно-

ым управлением приведена на

16.4. В этой схеме имеется опти-

;ванный контур регулирования

статора /, и разомкнутый канал

лнрования скорости, в котором

ся скорость идеального холостого

со о. соответствую шая скорости

ния поля статора при дайной

На входе контура тока включен

иональный преобразователь ФП.

уюшнй зависимость

абсолютного скольжения вычисляется в сумматоре на

ФП как s'^ =со'

- со'.

Рис 16.3 Fciy.'m|vi»o4iiae хлрль-

tepMCTMHCCKiu i|>yii*a»»niin.nmoro

лреобрллжяюи

PHI I

<14. Ф>11*ц(и>мапч1»1

схсиа системы

»ош*рокиого эпе*тропря»ол« с

члстогпэ-

-ГОХ0ЯЫМ JTlpaBJIt IIHCM

'есткость механических характеристик в системе электро-

да по схеме рис. 16.4 близка к жесткости естественной ме-

Пческой характеристики асинхронного двигателя. Поэтому

шмый диапазон регулирования скорости в этой системе

составить примерно D^20:l.

| При необходимости получения большого диапазона регули-

ия следует внести в систему замкнутый контур регулирова-

скорости, как это показано на функциональной схеме

16.5. Данная система управления является двухканальной и

>жиг контур скорости и контур тока, которые настраиваются

одульный оптимум. На выходе регулятора скорости форми-

я сигнал, пропорциональный частоте шггания /, и скорости

ения поля статора. Вычитая из этого сигнала значение дей-

гьной скорости со\ формируется сигнал, пропорциональ-

ный абсолютному скольжению, который подается на вход ФИ,

Функциональный преобразователь в соответствии с зависимо}

стыд указанной на рис. 16.3 вырабатывает сигнал задания тока

статора, который подается на вход контура тока, имеющего ПИ<

регулятор. Частотно-токовое управление может применяться

только для однодвнгательных электроприводов.

Ptic.lfi 5- Функциональна* схе*» сисгсмы асинхронного

элеятропряаода с чапотпо*

:о*свЫМ

yiipaoiniiHcw

n<i параметру u»

16.4. Система асинхронного электропривода с частотно-

векторным регулированием скорости

Для разработки и построения высококачественных замкну-

тых систем регулирования электроприводов переменного тока

целесообразно представить электрическую машину переменного

тока как динамический объект, в котором протекают электромаг-

нитные и электромеханические процессы в переходных и стацио-

нарных режимах работы. В соответствии с теорией электромеха-

нического преобразования энергии любая электрическая машина

рассматривается как сложная электромеханическая система, дей-

ствие которой основано на едином принципе, определяемом за-

конами электромагнитной индукции. Этим определяется общ-

ность аналитического описания процессов в различных типах

электрических машинах. Такой подход позволяет обобщить свой-

ства электрических машин переменного тока, используя единую

модель [1-1]. Эта модель была названа обобщенной электриче-

ской машиной.

16.4.1. Обобшенная электрическая машииа

Обобщённая машина представляет собой двухфазную двух

полюсную машину, у которой на статоре и роторе имеется по две

•доеденных обмотки, сдвинутых в пространстве на 90°. Схе-

Й машины приведена на рис. 16.6. Процессы в реальной

люсной машине аналогичны процессам в двухполюсной

ределённых допущениях любая машина независимо От

фаз на статоре и роторе

чтся к двухфазной машн-

'щснная машина является

рированной моделью. Иде-

;МЯ подразумевает, что ма-

мметрична в магнитном и

"ческом отношении, в сле-

С чего магнитодвижущие

созданные фазными юка-

нусоидалыю распределены

воздушного зазора. Кроме

принимается, »гго насыше-

огсри в стали отсутствуют,

стры обмоток приведены к числу витков обмогки статора

намика обобщённой машины описывается четырьмя

:иями электрического равновесия в цепях сё обмоток и

"нием электромеханического преобразования, которое вы-

электромагнитный момент машины М, как функцию элек-

кнх и механических координат системы.

(Сравнения Кирхгофа, выраженные через потокосцепление,

вид:

Рис 16.6. Схема обобщенно

элек-

трической машины

"la = +

diy

1а

= +

= 28 +

dV'\p

(16.2)

де: Rj и R

-активное сопротивление фазы статора и приве-

активиое сопротивление фазы ротора, потокосцепле-

Потокосцепление каждой обмотки обобщённой машины в

м виде определяется результирующим действием токов всех

к машины:

(16.4

Via = a

+Ma.\pUfl

£la.2<j'?i/

^Itf^^i/

t-UI,7qh<i

Vl./

^ty.for'la *

'-l<?,2i/

где:

Собственные ИНДУКТИВНОСТИ.

\p (i т.д. - взаимные индуктивности между рассматр!

ваемой обмоткой и обмоткой, указанной вторым символом;

, i

{fi

- проекции тока статора на оси а и f}\

htt»hq ' проекции тока ротора на оси J и q.

В Общем виде можно записать у, = V, l^jij . Тогда уранщ

)а\а

пия в системе (16.2) запишутся в следующем виде

d h.

с/,=щ i /.,jtj .

dt .=1л

При работе электрической машины взаимное положение о<

моток статора н ротора изменяется, поэтому взаимные индуктщ

ности обмоток в общем случае являются функцией электрически

го утла поворота ротора />,,=/{ где

<р

Рп<Р-

Для асшгхронного симметричного двигателя, представляю

щего собой неявнополюсную машину, собственные индуктивна

сти обмоток не зависят от положения ротора, то ест

= ~

d2(

, = L

lqlq

= U

const.

Взаимные индуктивности между обмотками статора или ро

гора равны нулю, то есть Ij

tyfij/f

= Z^,-»

= L

lq lq

Взаимные индуктивности обмоток статора и ротора прохо

дят полный цикл изменений при повороте ротора на угол 1

Поэтому в соответствии с рис. 16.6 можно записать

I-la,U ~ =

*9>j

'•Ia.2

~ AzV.I* = L}2 .. +

" ) = Sinp»,.,

Ufilq -

hq.lfl

- COS0»I

Lift,и

= Ф(<p

+90')

si n<p„

Следовательно, система уравнений (16.4) содержит слагае

мые с переменными коэффициентами. Дифференциальное уран

(16.5)