Толочко ОМ. Мирошник Д.Н. Украина Донецк

Донецкий национальный технический университет

При компенсации внутренних обратных связей асинхронного двигателя (АД), питаемого от источника напряжения, в системе векторного управления, основанной на принципе ориентации системы координат по потокосцеплению ротора (система dq), обычно пренебрегают инерционностью преобразователя частоты (ПЧ) и датчиков измеряемых величин.

Между тем, на выходе преобразователей частоты обычно устанавливаются фильтры для сглаживания высших гармонических составляющих а сигнале обратной связи по току, которые при определённых условиях приводят к искажению статической характеристики преобразователя. Минимальное значение постоянной времени этого фильтра Тф для непосредственных преобразователей частоты согласно [ 1 ] составляет Тфmin>3/(2*m1*w1), где w1 круговая частота напряжения сети; m1 число фаз питающей сети.

Широтно-импульсные преобразователители вносят в прямой канал системы управления запаздывание , обратно пропорциональное частоте fk коммутации вентилей. С повышением мощности привода допустимая частота коммутации вентилей уменьшается и может оказаться меньше 1 кГц [2]. Определенной инерционностью могут обладать и датчики.

Таким образом, существуют ситуации, когда при синтезе и анализе системы электропривода ПЧ необходимо представить не безынерционным, а апериодическим звеном

где Тu малая суммарная не компенсируемая постоянная времени привода.

Покажем необходимость учета этой инерционности при компенсации внутренних обратных связей АД;

Как известно, связями, подлежащими компенсации, в рассматриваемой системе векторного управления являются:

где - полный коэффициент рассеяния;суммарная индуктивность статора; Lr - суммарная индуктивность ротора; Lm- взаимоиндуктивность обмоток обмоток статора и ротора; Isd - потокообразующая составляющая тока статора; Zp - число пар полюсов двигателя; Tr - электромагнитная постоянная ротора; w - скорость вращения ротора wy - скорость вращения вектора потокосцепления ротора

Для компенсации влияния связей (I) на качество регулирования обычно систему управления дополняют противоположными по знаку обратными связями по соответствующим сигналам АД (измеренным или сформированным при помощи моделей или наблюдателей состояния), которые заводят на входы координатного преобразователя dq-ABC, установленного перед ПЧ. При учете инерционности каналов управления такую компенсация можно назвать запаздывающей.

На рисунке 1а представлены в относительных единицах (о.е.) переходные процессы электромагнитного момента, скорости и потокосцепления ротора в двухзонной системе векторного управления АД с описанным выше способом компенсации при разгоне от задатчика интенсивности (ЗИ) и набросе нагрузки при Тu=3 мс.

Исследования проводились методом математического моделирования для короткозамкнутого асинхронного двигателя МТК-12-6 со следующими номинальными данными и параметрами:

Из рисунка видно, что при удовлетворительном качестве переходных процессов в начале разгона при окончании и набросе нагрузки наблюдаются значительные колебания момента и потокосцепления. Их амплитуда и характер затухания зависят от параметров двигателя и от величины задания на скорость (чем больше установившееся значение скорости, тем выше колебательность). Это обусловлено запаздыванием компенсирующих сигналов на время Tu.

На рисунке 16 представлены переходные процессы а системе, где компенсация перекрёстных связей (первые две связи в выражениях (1)) осуществлялась через координаты АД, а компенсация сигналов, в которые входят и w с использованием сигналов задания на эти координаты из системы управления. Как видим, хотя амплитуда колебаний и время их затухания уменьшились, качество переходных процессов нельзя признать удовлетворительным.

На рисунке 1 в изображены переходные процессы при компенсации всех связей (I) с использованием сигналов задания на них из системы управления (упреждающая компенсация).

Из рисунка видно, что, колебания момента и потокосцепления приняли допустимый характер, однако при этом несколько уменьшился темп нарастания и спадания момента на максимальной скорости.

Наилучшее качество компенсации перекрестных связей достигается при совместном использовании (долевое участие) сигналов обратной связи по составляющим тока статора Uot, И сигналов задания на эти токи Uзт (рисунок 1 г) в соответствии с формулой:

где m, n коэффициенты, подбираемые в процессе моделирования.

При этом компенсация связей, в которые входят и w, производилась по каналу задания.

Рисунок 1 Переходные процессы при различных методах компенсации связей двигателя

Следует отметить, что при работе привода без задатчика интенсивности, сигнал скорости ротора, участвующий в формировании компенсирующей связи по противо-ЭДС двигателя нельзя заменять сигналом задания на скорость, так как в этом случае, в отличие от системы с ЗИ, сигнал задания изменяется скачком, а не линейно. Что же касается потокосцепления ротора , то в каналах компенсации его, как и в системе с ЗИ, лучше заменить сигналом задания.

Перекрестные связи по-прежнему наилучшим образом компенсируются при использовании формулы (2).

Литература

1. Слежановский О.В. Системы подчинённого регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. Москва, "Энергоатомиздат", 1983.-256 с.

2. Leonhard W. Control of electical drives. 2-nd Ed. Springer Verlag, 1997.