В Б Низимов, А А Снижко - Система векторного управления синхронным двигателем с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения - страница 1

Страницы:
1  2 

АВТОМАТИКА

 

 

 

 

 

УДК 621.313.323

СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С ЕМКОСТНЫМ НАКОПИТЕЛЕМ ЭНЕРГИИ В КОНТУРЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ

В. Б. Низимов, д-р тех. наук, профессор; А. А. Снижко, аспирант,

Днепродзержинский государственный технический университет, г. Днепродзержинск

Разработана система векторного управления электроприводом с ориентацией по полю ротора на основе синхронного двигателя с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения. Приведена структурная схема полученной системы. Выполнен синтез регуляторов скорости и тока.

Ключевые слова: векторное управление, синхронный двигатель, емкостный накопитель, электропривод.

Розроблено систему векторного керування електроприводом з орієнтацією по полю ротора на основі синхронного двигуна з ємнісним накопичувачем енергії в контурі збудження. Наведено структурну схему отриманої системи. Виконано синтез регуляторів швидкості та струму.

Ключові слова: векторне управління, синхронний двигун, ємнісний накопичувач, електропривод.

ВВЕДЕНИЕ

Каждый из видов двигателей переменного тока имеет свою целесообразную область практического применения в регулируемых электроприводах. Для синхронного двигателя (СД) такой областью являются, прежде всего, электроприводы средней и большой мощности (с номинальным моментом Мном >3 кНм) с достаточно большим диапазоном регулирования скорости (более 2:1).

Наряду с этим определен целый ряд рабочих машин, где переход к синхронным регулируемым приводам даст значительный эффект повышения производительности, качества продукции, надежности конструкции. Здесь играют роль такие свойства СД, как практически не ограниченная единичная мощность, высокая перегрузочная способность, быстродействие системы автоматического регулирования, широкие возможности выбора габаритных размеров двигателя. Среди таких перспективных применений регулируемых СД можно отметить главные приводы редукторных трубопрокатных станов, непрерывных станов прокатки труб на оправке, пилигримовых трубных станов, непрерывных станов горячей и холодной прокатки листа, обжимных станов, электроприводы на основных механизмах прокатных станов, механизмах копания мощных шагающих экскаваторов.

В регулируемых электроприводах проявляются также дополнительные преимущества СД, такие как повышенная управляемость, возможность выполнить как тихоходные, так и быстроходные приводы на основе разнообразных преобразователей частоты [1].Вместе с тем управляемые синхронные электроприводы не получили широкого распространения. Одной из причин этого есть сложность процессов их пуска и самозапуска. Добиться значительного повышения момента СД в процессе пуска позволяет емкостный накопитель энергии в цепи его возбуждения [2]. Указанное устройство форсирует пусковой ток, что положительно сказывается на динамике электропривода в целом и позволяет осуществить надежный пуск двигателя асинхронным способом.

Одним из подходов для построения систем автоматического управления является ориентация векторных переменных, характеризующих параметры двигателя, друг относительно друга. Обычно их выбирают исходя из критериев получения оптимальных динамических и статических свойств электропривода, или упрощения структуры системы управления.

Широкое распространение в системах векторного управления получил способ ориентации переменных по вектору потокосцепления ротора [3], позволяющий получить простую структуру системы автоматического регулирования, близкую к системе для двигателя постоянного тока. Часто такой способ называют ориентацией по полю.

Постановка задачи. Синтезировать систему векторного управления электроприводом синхронного двигателя с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве накопителя энергии используется электрическая емкость с сопротивлением Xc, зашунтированная резистором Rch.

Тогда уравнения электрического равновесия напряжений для контуров СД в координатах d, q, 0 в системе относительных единиц, исходя из [4], примут вид

 

 

 

 

Uf = R2if + pVf + 1 Xc (if - UdRcH), где потокосцепления определяются следующими выражениями:

Vd = Xdid + Xfdif;

' Vq = Xqiq, (2) Vf = (Xc + Xf ) if + Xfdid.

Преобразуем ее относительно потокосцепления ротора и получим

 

Ud = R1id + Opid + kfpVf - wXqiq J < Uq = R1iq + Xqpiq - w (kfVf - ° ) J (3)

pVf = Uf - R2if - ^-Xc (if - UJRch),

 

илиfUd = id (Tfdp + 1) - wXqiq + kfpVr J [Uq = iq (Tqp + 1) - w(kf Vf - )


(3а)при Vf = const, где k


Xc + Xf


T


Ri


  O = 1-


X

( Xc + Xf ) Xd


rd

; T

r


OЧтобы описание двигателя было полным, в систему (3а) следует ввести выражения для описания его механической части. Запишем их также относительно потокосцепления ротора:dt J 3 2

dw 1 /,r , , \ = -(Me - Mc),

 

Me = 3 Zp ((Oid + kf Vf ) iq - Xqiqid ) .


(4)Поскольку система (3а) имеет в своем составе перекрестные нелинейные    обратные    связи    -    ЭДС    вращения    ®Xqiq + kfpWf и

®(kfYf - id а), то практическая ее реализация является проблематичной,

но если их скомпенсировать, то можно получить линейную систему с постоянными коэффициентами (рис.1). С этой целью в структуру системы управления вводится блок компенсации (БК), который выдает корректирующие воздействия Udk и Uqk, равные значениям компенсируемых нелинейных обратных связей.

 

 

а
~kdm "*


^Рисунок 1 - Структурная схема системы векторного управления СД, БК - блок компенсации нелинейных перекрестных обратных связей

Синтезируем регулятор тока по оси d с учетом следующих условий:

-            ориентация по вектору потокосцепления выполнена идеально,

-            влияние перекрестных нелинейных обратных связей скомпенсировано подачей соответствующих сигналов на выход регулятора,

-            Vr| = const, (Id = const),

динамика преобразователя частоты (ПЧ) по каналу q приближенно описывается линейным звеном чистого запаздывания на период модуляции:который можно представить как

Hqm (p) = ^пч . пчУР)    Tnp +1

Выполним настройку контура на стандартный переходный процесс, соответствующий фильтру Баттерворта 2-го порядка [3], передаточная функция которого для разомкнутого контура имеет вид

 

фБУР)    2Tktp (Tktp +1) Передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид

 

kt W     НУ '(Tktp + i)(Tfdp +1) Таким образом, передаточная функция регулятора тока будет иметь

вид

WPTd ( p) = J^r,+1    . (5)

 

Полученный регулятор в структуре контура тока представлен на рис. 2.
Аналогично синтезируем регулятор тока по оси q, в результате получим его передаточную функцию в виде

 

(6)

дт

Полученный регулятор в структуре контура тока представлен на рис. 3.4-0


Trqp+1


1


Tn4p+1


qРисунок 3 - Структурная схема контура тока по оси q

 

Синтез регулятора скорости выполним для замкнутого контура регулирования скорости ЕП, в котором осуществляется формирование задания по активной составляющей тока статора. Синтез проведем дляпривода с жёсткой механикой, описываемой уравнениями (4), при этом учтем следующие допущения:

- выполненный ранее синтез регуляторов позволяет приближенно описывать динамику контура тока по оси q апериодическим звеном 1-го порядка:Hrt (Р)


'дт

2Tktp +1обеспечен

астатизм

к

-    в    контуре    скорости    должен быть постоянному возмущающему воздействию.

Настройку регулятора скорости выполним на симметричный оптимум [5], что соответствует следующей передаточной функции разомкнутого контура скорости:нраз (p)


ксР + 1

КеР2 (ТксР + 1)


(7)где Ткс - малая некомпенсируемая постоянная времени контура скорости, в качестве Ткс можно выбрать Tj - механическую постоянную времени. Получим передаточную функцию разомкнутого контура скороститтраз


3 ((a-Lq ) Id + kr У r ) Zp

У1Р)      РЛР)     2Jpkdmkdc (TKcP + 1)


(8)Сравнивая (7) и (8), получим передаточную функцию регулятора скоростиHpc (Р)


12T,2


(4TKcp + 1) kdmkdcJ

((a- Lq ) Iq + kr Уг )


(9)то есть получили ПИ-регулятор. Передаточная функция замкнутого контура скорости примет видHKc (Р)


дс

(4TKCp +1)1 k

8Tfcp3 + 8T2cp2 + 4TKd +1


(10)Чтобы она соответствовала передаточной функции стандартного фильтра Баттерворта 3-го порядка, необходимо ввести фильтр первого

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

В Б Низимов, А А Снижко - Система векторного управления синхронным двигателем с емкостным накопителем энергии в контуре возбуждения