Система автоматичного керування моменту СД зміною

Магнітного потоку ротора

 

В якості електропривода потужних вентиляторів, помп, екстру-дерів та інших механізмів у діапазоні 1:10 використовують вентиль-ні двигуни з електромагнітним збудженням. Оскільки момент нава-нтаження таких механізмів змінюється, зазвичай, плавно, то страте-гія керування може бути такою: регулюють магнітний потік ротора при номінальному струмі статора і заданому куті , що забезпечує давач положення ротора.

На рис. 13.3 наведено функціональну схему, яка реалізує вказану стратегію курування. Вона складається з трьох контурів: контуру регулювання струму збудження, який визначає магнітний потік ро-тора; контуру стабілізації струму статора і контуру регулювання швидкості .

Регулювання магнітного потоку ротора здійснюється відповід-ним регулюванням струму збудження з врахуванням насичення. За умови необхідно адаптувати магнітний потік ротора до зміни навантаження двигуна, тобто до струму статора. Цю адап-тацію забезпечує функціональний перетворювач ФП, вихідний сиг-нал якого є задаючим для контуру регулювання струму збудження за умови, що при . До контуру регулювання струму збудження, крім ФП як задаючого елемента, входять регуля-тор струму РСЗ, СІФКЗ керованим випрямлячем напруги КВЗ, обмотка збудження ОЗ і давач струму ДСЗ. Цей контур призначений стабілізувати струм збудження на рівні, який задається ФП.

 

 

Рис13.3. Функціональна схема автоматичного керування вентильним двигуном

 

Стабілізація струму статора, величина якого задається регулято-ром швидкості РШ, забезпечується контуром регулюванням , який пропорційний струму першої гармоніки струму в обмотках статора . Між струмами і є пропорційна залежність.

Задаючим сигналом у контурі регулювання швидкості є сигнал , пропорційний швидкості СД. Функцію тахогенератора у цьо-му контурі виконує перерахункова схема, яка кількість імпульсів ДПР за одиницю часу перетворює у напругу, пропорційну швид-кості.

Керування ключами інвертора здійснює блок керування інверто-ром БКІ, на вхід якого поступають сигнали від ДПР. Ці сигнали синхронізовані й сфазовані так, щоб підтримувати сталим кут .

Стратегії керування СД зі збудженням від постійних

Магнітів

 

Магнітний потік ротора СД з постійними магнітами є сталим . Особливістю двигуна з явновираженими полюсами є те, що магнітні опори повітряного проміжку по поздовжній і по-перечній осях (рис.13.1,а) є різними, що зумовлює різні індуктивні опори і і два електромагнітні моменти: синхронізуючий і реактивний (рис.5.14). Тому результуючий електромагнітний момент за умови нехтування опором обмотки статора

, (13.4)

 

де перший член в (13.4) визначає синхронізуючий момент, а другий – реактивний.

Якщо СД живити від інвертора струму, то (13.4) з врахуванням, що і , можна представити у виді:

 

, (13.5)

 

де для перезбудженого двигуна .

Із (13.5) витікають дві стратегії керування.

1.Керування за умови . Це відповідає , що ілюст-

рує векторна діаграма на рис.13.4.

Із векторної діаграми видно, що магнітний потік статора

 

. (13.6)

 

Із (13.6) слідує, що зі збільшенням струму статора зменшується магнітний потік . Це призводить до того, що зі збільшенням струму момент двигуна за умови спочатку зростає, досягає максимального значення і потім знижується. Тому цю стратегію слід використовувати при струмах статора, які менші від І_кр, за якого .

Таке керування економічно доці-льне, бо за СД споживає тільки активну потужність і струм статора мінімаль-ний (рис.5.15,б).

2. Керування за умови . При цій стратегії струм статора співпадає за фазою з ЕРС статора, як показано на векторній діаграмі (рис.13.5).

З векторної діаграми видно,що

 

. (13.7)

 

Оскільки і , то вираз (13.7) зводиться до виду

 

. (13.8)

 

З (13.8) слідує, що зі збільшенням струму статора його магнітний потік буде збільшуватись, що зумовить збіль-шення електромагнітного моменту. Йо-го величина буде визначатись виразом (13.4) і буде максимальною, бо . Тому ця стратегія керування широко використовується в приводах верстатів та роботів, бо дозволяє регулювати швидкість в широкому діапазоні з висо-кими динамічними показниками.

 

 

Контрольні запитання

 

1. Які можливі стратегії керування синхронним двигуном?

2. За якої умови СД випадає із синхронізму?

3. Що представляє собою вентильний двигун на базі трифазного СД?

4. Яка роль давача положення ротора в системі керування венти-льним двигуном?

5. З яких контурів складається система керування вентильним двигуном за стратегії ?

6. Які стратегії керування використовують при керуванні СД зі збудженням від постійним магнітів?

7. Чому в СД з явно вираженими полюсами виникає реактивний електромагнітний момент?

8. Як змінюється електромагнітний момент СД при керуванні за умови ?

9. Як змінюється електромагнітний момент СД при керуванні за умови ?

10. За якої умови керування СД з постійними магнітами спожи-вана потужність буде мінімальною?

Розділ 14

 

Адаптивні системи керування

Електроприводами

 

Загальні положення

 

Розглянуті системи керування електроприводами базувалися на відомих параметрах всіх складових систем за умови, що вони не змінюються в часі. В дійсності окремі параметри змінюються в часі, що призводить до зміни таких показників якості як точність, швид-кодія і перерегулювання. Особливо чутливими до зміни параметрів є системи підпорядкованого регулювання, які побудовані на ком-пенсації великих сталих часу за рахунок використання ПІ-регулято-рів. Для збереження якісних показників роботи електроприводів при змінні параметрів його елементів необхідно відповідним чином змінювати параметри настройки регуляторів або вводити додаткові впливи на регулятори без зміни їх параметрів чи те і друге одночас-но. Системи, побудовані за таким алгоритмом, називається адап - тивними, тобто здатними виробляти додаткові впливи, адекватні зміні параметрів – постійно пристосовуватись до нових станів сис-теми [10].

Змінними параметрами електропривода можуть бути:

Ø момент інерції із-за зміни маси вантажу піднімально-тран-спортних механізмів;

Ø індуктивності обмоток із-за насичення магнітної системи;

Ø коефіцієнти підсилення керованих перетворювачів із-за змі-ни напруги живлення;

Ø активний опір силових кіл, зумовлений нагріванням;

Ø зміна параметрів електронних схем із-за старіння їх елемен-тів тощо.

На показники якості електропривода, окрім зміни параметрів, впливають недоступні вимірюванню зміни моменту сил опору та інші непередбачені збурення.

Сучасні системи адаптивного керування поділяються на два ви-ди: пошукові і безпошукові. Перші здійснюють пошук оптимальних якісних показників за відомим критерієм якості шляхом періодич-ного введення в систему спеціальних збурень, реакція системи на які дозволяє визначити напрям пошуку. В результаті система здійс-нює пошук оптимального режиму і забезпечує його досягнення. В безпошукових системах додаткові, компенсуючі зміну параметрів впливи, формуються на підставі аналізу відхилення показників якості від заданих з метою їх усунення.

В системах керування електроприводами використовуються без-пошукові адаптивні системи (БАС), які поділяються на два види:

Ø БАС з еталонною моделлю у виді динамічної ланки з бажа-ною передавальною функцією;

Ø БАС зі спостережним пристроєм, який виконує функцію ідентифікації об’єкта керування або його частини і преставляє со-бою відповідну математичну модель.