РОЗДІЛ 2. СИСТЕМА АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ З ВЕКТОРНИМ КЕРУВАННЯМ НАПРУГОЮ
ЖИВЛЕННЯ
ФАЗНОГО РОТОРА.
2.1. Задача керування.
Напруга живлення статора асинхронної машини з фазним ротором (АМФР) задає її
магнітний потік на основі формули [10]
Потік задає струм намагнічення, який є векторною сумою струмів статора і
ротора. За допомогою напруги живлення ротора можемо керувати величиною струму
статора, який намагнічує електричну машину, тобто можемо здійснювати
перерозподіл намагнічувального струму між статором і ротором. Таке керування
забезпечує необхідний cos j в статорі електричної машини, а з огляду на те, що
частота в роторі є меншою від частоти напруги статора, напруга, необхідна для
створення струму намагнічення зі сторони ротора є меншою. Звідси, є доцільним
формувати магнітний потік струмами ротора.
Зауважимо, що введення додаткової напруги в коло ротора призводить до зміни
швидкості обертання ротора.
Таким чином, керувати асинхронною машиною можна застосувавши відомий метод
векторного керування, в якому закладено забезпечення збудження зі сторони
ротора, а активна потужність передається статором.
На основі вищесказаного сформулюємо задачу керування.
Миттєвими значеннями фазних напруг в роторному колі будемо керувати так, щоб:
а) струми ротора створювали магнітне поле в електричній машині, а струми
статора, взаємодіючи з цим магнітним полем, перетворювали електричну енергію в
механічну в режимі двигуна і, навпаки, механічну в електричну - в режимі
генератора;
б) режим, описаний в п.а, не залежав від частоти напруги мережі і швидкості
обертання ротора;
в) швидкість обертання ротора задавалася сигналами в системі керування.
В цьому випадку, векторна діаграма асинхронної машини набуде вигляду,
показаному на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Векторна діаграма МПЖ.
На рис. 2.1 позначено: ІS – струм статора; ІR – струм ротора; RS – активний
опір статора; Е – е.р.с. статора; Фx, Фs, Фd – магнітні потоки (по осі х,
розсіяння і в повітряному проміжку, відповідно); Lm, Lss - робоча індуктивність
та індуктивність розсіювання статора; іsx, іsу, іrx, іrу – струми статора і
ротора в системі координат х,у; Згідно з цією векторною діаграмою струм ротора
асинхронної машини будемо формувати так, щоб одна його складова – струм
намагнічення (іrx), створювала магнітний потік, а друга складова (іrу)
компенсувала реакцію якоря. В цьому випадку, МПЖ з виконанням поставлених задач
керування буде нагадувати скомпенсовану машину постійного струму незалежного
збудження з можливістю незалежного регулювання потоку і моменту та
забезпеченням коефіцієнту потужності статора рівним 1.
2.2. Спосіб векторного керування МПЖ.
Технічно розвўязати поставлену задачу керування легко на основі принципів
векторного керування з використанням цифрових систем і напівпровідникових
перетворювачів (інверторів напруги або циклоконверторів).
Приймемо, що: втрати в сталі дорівнюють нулю; обмотки є симетричними і
створюють при протіканні струму синусоїдальні просторові намагнічувальні сили.
Відхилення від прийнятих допущень відбивається на точності керування, яку можна
оцінити. Фізичні явища, повўязані з цим відхиленням, будемо вважати шумом в
системі перетворення електричної енергії в механічну, і навпаки, механічної – в
електричну.
При прийнятих допущеннях електричну машину представимо в системі координат
(х,у), в якій ордината у співпадає з зображуючим вектором напруги живлення
статора, а вісь х – є перпендикулярною до вектора цієї напруги (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Система координат х,у.
В такій системі координат
uy = Um, ux = 0,
де - модуль зображуючого вектора напруги статора.
При протіканні по обмотках струмів створюються потокозчеплення, які в статорі
за осями (х,у) визначаються формулами:
, (2.1)
де Lm, Lss - робоча індуктивність та індуктивність розсіювання статора; іsx,
іsу, іrx, іrу – струми статора і ротора в системі координат х,у.
Рівняння (2.1) визначають залежності між струмами статора, ротора та
потокозчепленнями статора. Ці залежності демонструють, що струмами ротора можна
формувати потрібні складові струму статора з метою виконання поставлених задач
керування. Так, на основі сформульованої задачі керування будемо формувати
завдання струму статора за віссю х рівним нулю – isxз = 0, а завдання струму
статора за віссю у буде вихідним сигналом регулятора і може бути функцією
завдання швидкості, електромагнітного моменту або потужності.
Тоді, на основі потокозчеплень ysx, ysу, які можуть бути виміряні, або
розраховані за струмами, а також завдань струмів статора, визначаються завдання
струмів ротора
. (2.2)
Якщо врахувати, що isxз = 0, тоді перша формула (2.2) прийме вигляд
. (2.3)
За формулами, які перетворюють координати (x,y) у фазні визначаємо завдання
фазних струмів ротора
, (2.4)
де g - кут між зображувальним вектором напруги статора і віссю х, gR – кут між
відповідними обмотками статора і ротора, r = 2p/3 – кут між фазними обмотками.
Різниці струмів
Dіraз = іraз - іra, Dіrbз = іrbз - іrb, Dіrcз = іrcз - іrc, (2.5)
подаються на релейні (з гістерезисом) регулятори, які формують такі напруги
живлення ротора (інвертором напруги або циклоконвертором), щоб відхилення між
реальними струмами фаз іra, іrb, іrc і заданими струмами іraз, іrbз, іrcз були
в межах заданої похибки, яка рівна ширині петлі гістерезису релейного
регулятора.
На основі описаного вище алгоритм керування є таким.
Вимірюються фазні напруги статора, струми статора і ротора, та кут положення
ротора.
2. Визначаються струми статора і ротора в коо
- Київ+380960830922