"Elektrische Antriebstechnik". -Leipzig 2000: B.G.Teubner Stuttgart. - 401 Seiten, 269 - 272 Seiten

Задания и функциональные узлы регулируемых электрических систем привода

Professor Dr.-Ing. habil. Ulrich Reifenstahl (Otto-von-Guericke-Universitat Mardeburg)

Прогрессивная автоматизация рабочих машин и технологических устройств, как и требования по усовершенствованию технологических методов и качеств продукции постоянно увеличивают требования управления процессом движения в электромеханическом преобразовании энергии в системах привода. Производство установок зачастую требует сложных процессов движения, а механические системы сами по себе могут функционировать только с большими затратами. Регулируемые электрические приводы в условиях компьютерного управления могут напротив осуществлять эти процессы движения в большинстве случаев гораздо последовательнее и дешевле. Поэтому регулируемый частоту вращения многодвигательный привод все более вытесняет привод с дорогостоящими механическими системами передач. Всё-таки механические системы управляющего и регулирующего устройства двигательной установки должны обеспечивать необходимую связь и синхронность отдельных осей вращения с высокой точностью.
Требования качества к процессам движения зачастую реализуются только с помощью регулируемых электрических приводов, чьи параметры состояния, а именно: крутящий момент, число оборотов, угол поворота и т.д., управляются регулирующим устройством от задающего устройства с высокой точностью и незначительной динамичной ошибкой. Это направление развивалось в течение последних лет во всей области производства электрических машин с сильно нарастающим требованиями к числу оборотов, крутящему моменту и регулируемому положению привода. Поэтому эти системы привода нуждаются наряду с функциональными узлами бинарной управляемой системой привода в дополнительно электронно-силовом регулирующем звене для непрерывного и соответственно квазинепрерывного распределения электрической энергии, а также в измерительном и регулирующем устройстве, которые фиксируют (запоминают) электрические и механические регулируемые величины привода. На рисунке 6.1 показана блочная структура регулируемой системы привода.

Рисунок 1 - Блочная структура регулируемой электрической системы привода

Наряду с параметрами электрических машин и электронно-силовом регулирующем звене управляющее и регулирующее устройство определяет свойства характеристики, характер переходного процесса и параметры качества регулируемой системы привода. Основные регулируемые величины - это ток, напряжение, число оборотов и угол поворота. Они могут быть определены с измерительного датчика напрямую в исполнительном звене или непосредственно в двигателе, который дешевле и имеет высокую динамику. Крутящий момент и магнитный поток в двигателе можно измерить напротив только с большой сложностью. Поэтому они рассчитываются в большинстве случаев через математическую модель из измеряемых величин привода.
Измеряемые и регулируемые величины электрических приводов тоже подходят для технологического управления и контроля машин и устройств, например, к регулированию растягивающей силы, синхронности и компенсации нагрузки, контролю силы резания, предохранению от перегрузок и т.д. Поэтому специальные технологические измерительные датчики могут часто здесь выпадать.
Управляющее и регулирующее устройство должно управлять непосредственно электрическими и механическими регулируемыми величинами привода (током, потоком, крутящим моментом, числом оборотов и углом поворота), а также возможно хорошо могут управлять технологическими регулируемыми величинами рабочей машины. Регулирующее устройство для непосредственно регулируемых величин привода зависит от двигателя и от используемого силового полупроводникового исполнительного звена. Оно размещено на приводе в нижней и средней его силовой области в преобразователе тока и обозначается как преобразователь тока регулирующего устройства. Оно гарантирует высокую статическую точность, хорошие динамические свойства и хорошую управляемость приводной оси. Исходя из этого, оно эффективно защищает приводное устройство, в частности, силовой полупроводниковый исполнительный элемент, двигатель и механическую систему передачи, от соответствующих тепловых и механических перегрузок.
Технологическое регулирующее устройство привода специфически проблемно подобрать на рабочую машину. Важными задачами этого технологического регулирования привода являются, например:

• оптимальное позиционное управление и регулирование положения исполнительного привода, управление сближения вырубного пресса, летучими ножницами и вращающимися пилами и т.д.,
• регулирование числа оборотов и положения упругой приводной оси,
• регулирование компенсации нагрузки и синхронности от системы двойного привода,
• регулирование растягивающей силы в намоточных устройствах и непрерывных производственных устройствах для эластичных непрерывных изделий (лента, жесть, проволоки, кабели, канаты стали, пленки, бумага, текстильные лента и т.д.),
• затухание и соответственно компенсация колебаний в механической системе передачи, как, например, колебания каната в подъемных устройствах шахты и скоростных лифтах или маятники груза при автоматизированных кранах и т.д.

Рисунок 2 - Структурная схема регулирующего устройства трехфазного привода
с постоянно возбужденной синхронной машиной и преобразователем импульсов
с промежуточным контуром постоянного напряжения

Регулирующее устройство содержит компьютер, задающий номинальные (паспортные) параметры и управляющий положением как каскадное регулирование. Внешним контуром регулирования положения является регулирование числа оборотов и контуры регулирования тока статора. Регулирование тока статора в приводах трехфазного тока - это очень дорогостоящий функциональный узел. Оно определяется через преобразователь импульсов со стороны нагрузки SR2 и зависит от положения ротора , таким образом, ток статора представляется как синусоидальный ток систему трехфазного тока, чтобы машина развивала желаемый крутящий момент во время позиционного процесса. Регулирование напряжения с вспомогательным регулированием тока управляется со стороны сети импульсным преобразователем частоты SR1 с промежуточным контуром напряжения , а также амплитудой и положением фаз сетевого тока . Через коммуникативный интерфейс управляющее и регулирующее устройство исполнительного привода может связаться с вышестоящим устройством автоматизации. Сбор данных измерения осуществляется через трансформатор тока и напряжения, а также инкрементный импульсный датчик (ИИД) для измерения числа оборотов и угла поворота.
В больших двигательных установках регулирующий элемент преобразователя тока, а также управляющее и регулирующее устройство выполнены модульно и размещены в отдельном шкафу. Устройство автоматизации привода как универсальное эффективное многопроцессорная сетевая система и комфортабельный управляющий и регулирующий метод (способ, процесс) с графической обслуживающей поверхностью находятся в распоряжении для программирования, параметрирования, ввода в эксплуатацию и тестирования. На рисунке 6.3 показано устройство автоматизации привода большой мощности.

Рисунок 3 - Функциональные узлы устройства автоматизации привода большой мощности

В устройстве автоматизации с интегрированным промышленным компьютером (ИПК) и коммуникативными интерфейсами, предназначенными для сетей данных, позволяют дальний ввод в эксплуатацию, дальний контроль и дальний диагноз устройства привода с помощью разработчика устройства.