Управление синхронным двигателем

Таблица 4.3 –  Параметры схемы замещения

 
 

Номинальный синхронный момент силы на валу двигателя:

 М_н = Р_2н /w_н= 125 / 52,33 = 2,390 кНм; (4.8)

Максимальный  синхронный момент силы на валу двигателя:

 М_МАХ= 1,8×М_Н = 1,8×2,39 = 4,300 кНм; (4.9)

Базовое сопротивление:

       Z_B = U_НФ / и = 220 / 234 = 0,94 Ом; (4.10)

       

       

       Пересчитаем параметры машины из относительных единиц

(см. таблицу 4.3.) в реальные, домножая их на базовое сопротивление и занесем результаты в таблицу 4.4

       Таблица 4.4 – Параметры схемы замещения 

 
 
 
 
 
       

       

     4.3 Синтез системы управления 

       При регулировании скорости вращения ротора синхронного двигателя необходимо в каждый момент времени иметь информацию о положении его ротора. Это в наибольшей степени касается синхронных двигателей с большим моментом инерции ротора.

       Самым простым способом узнать о положении  ротора является установка на роторе двигателя датчика угловых перемещений.

       Как известно, ротор синхронного двигателя  в установившемся режиме вращается  синхронно с частотой вращения магнитного поля статора, лишь отставая от последнего на некоторый угол.

       Поэтому необходимость в получении точной информации о положении ротора обусловлена тем, что при изменении задания на скорость ротора, необходимо подавать на статор такую частоту и фазу питающего напряжения, чтобы процесс изменения скорости ротора происходил синхронно с изменением частоты тока статора.

       Благодаря наличию датчика положения ротора исключается выход синхронного двигателя из синхронизма в процессе регулирования скорости ротора. Таким образом зная угол положения ротора мы судим о положении вектора потокосцепления, созданного обмоткой возбуждения синхронного двигателя. Поэтому система управления угловой скоростью ротора называется векторной, и является по своей структуре системой подчиненного регулирования координат, имеющей обратные связи по необходимым переменным состояния.

       Синтезируемая система управления является цифровой, такое схемотехническое решение позволяет упростить настройку системы в целом, минимизировать количество элементов, а также позволяет полностью автоматизировать процесс наблюдения, диагностики и управления с применением персонального компьютера.

       Структурная схема данной системы управления представлена на рис. 4.4.

       

       Данная  система управления имеет два  преобразователя: полностью управ-

ляемый  преобразователь частоты ( ПЧ ) для  питания обмотки статора синхронного двигателя ( СД ), и полностью управляемый нереверсивный преобразователь напряжения (ПН) для питания обмотки возбуждения.

       Система управления имеет два канала управления: канал по цепи возбуждения и канал по цепи статора. 

       Канал управления и стабилизации тока возбуждения является цифровым и имеет один токовый контур с релейным регулятором тока возбуждения ( РРТВ ), где сигнал обратной связи снимается с датчика тока возбуждения (AA_F). 

       Канал управления по цепи статора содержит три контура: 

       

1. Контур  тока с релейными регуляторами токов фаз статора (РРТС), где сигнал обратной связи снимается с датчиков тока двух фаз статора (AA A, АА В) и поступает в блок вычисления тока (БВТ), который вычисляет значение недостающего сигнала тока фазы С. Сигналы с выходов регуляторов тока поступают на распределитель импульсов (РИ), который в реальности представляет собой драйвер ключей силового модуля.
2. Контур скорости, содержащий П - регулятор скорости (PC), где сигнал обратной связи снимается с импульсного датчика (ИД). Сигнал с выхода регулятора скорости поступает на координатный преобразователь (ПК), где происходит формирования задания на реальные токи статора всех трех фаз двигателя.
3. Контур давления содержит П - регулятор давления, где сигнал обратной связи по давлению снимается с датчика давления (на рисунке не показан).

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     4.4 Расчет силового канала электропривода 

       Далее в расчетах будем применять следующие обозначения физических величин:

       U2ф - фазное напряжение на входе выпрямителя, В;

       U_d- выпрямленное напряжение в звене постоянного тока, В;

       Uvm - максимальная амплитуда обратного напряжения на вентиле, В;

       I₂ - действующий ток в фазе а входе выпрямителя, А;

       Id - выпрямленный ток в звене постоянного тока, А;

       I_{V Cр} - средний ток через вентиль, А;

       I_v - действующий ток через вентиль, А;

       I_vm - максимальная амплитуда тока через вентиль, А;

       Iн - действующий ток фазы нагрузки, А;

       Pd - мощность нагрузки, Вт;

       S_T - мощность согласующего трансформатора, ВА;

       U_{K m} - амплитуда обратного напряжения на ключе, В;

       I_К - прямой действующий ток через ключ, А;

       Силовой канал питания обмотки статора

       Преобразователь частоты представляет собой АИН  с ШИМ со звеном постоянного тока. Выпрямитель звена постоянного тока - неуправляемый и построен по мостовой трехфазной 6-ти пульсной схеме выпрямления.

       АИН с ШИМ - нереверсивный преобразователь  в котором применены полностью управляемые силовые ключи.

       Выпрямитель. Основные соотношения между напряжениями и токами для активно - индуктивной нагрузки взяты из [33] и приведены ниже в таблице 4.5 
 

       

       

Таблица 4.5 - Основные соотношения напряжений и токов на вентиле 

 

       где U₂ф = 220 В; So = S₂h × (М_МАХ / М_н) / h_в × h|_шип - полная мощность необходимая на входе инвертора; h_B ⁼ h_шип = 0,95 - КПД выпрямителя и ШИП (приближенно).

       Итак: So = 154000 × 1,8 / 0,95×0,95 = 307кВА;

 Отсюда:

       I₂ = So / 3× и_2Ф = 307000 / 3×220 = 465 А;

       Ud = U_2ф×2.34 = 515 В;

       I_d =I₂ / 0,817 = 465 /0,817 = 570 А;

       U_{v m}= 1,045 × U_d= 1,045 × 515 =540 В;

       I_VCP= 0,333 × I_d = 0,333 × 570 = 190 A;

       I_v = 0,577 × I_d = 0,577 × 570 = 329 A;

       Ivm=l × Id =1×570 = 570 A;

       По  полученным данным выбираем из [35] шесть выпрямительных диодов российского производства с параметрами, приведенными ниже в таблице 4.6.

       Таолица 4.6 - Основные параметры диода 

         
 

       Данные  диоды рекомендуется устанавливать  на охладители типа: OA - 002 или О1 171-80

       

       

       АИН. Основные соотношения между токами и напряжениями ключей приведены в табл. 4.7

       

       Таблица 4.7

       Основные  соотношения напряжения и тока на ключе