Тема 5. Законы регулирования электроприводами.

5.1. Асинхронный привод

Основной выходной координатой силового привода является электромагнитный момент. При частотном управлении его значение зависит от частоты и напряжения источника переменного тока.

Мэ – электромагнитный момент;

f – частота питающего напряжения;

S – скольжение;

U – питающее напряжение;

r₁, r₂ – активное сопротивление фазы статора и ротора;

x₁, x₂ – реактивные сопротивления фазы статора и ротора;

σ = 1 + z_m/z₁;

z_m, z₁ – импеданс статорной обмотки и контура намагничивания.

Поэтому наличие двух независимых каналов управления дает возможность реализовать в системах преобразователь частоты – асинхронный двигатель различные законы регулирования скорости. Если должна сохраняться постоянной перегрузочная способность двигателя, то в первом приближении частотный закон управления имеет вид:

где U_c, f_c – номинальные напряжение и частота сети; U, f – напряжение и частота на выходе преобразователя частоты; М_ЭН, М_Э – номинальное и текущее значение момента асинхронного двигателя.

Закон управления напряжением и частотой в зависимости от видов нагрузки получим, приравняв М_Э = М_Н, тогда имеет различные формы – рис. 1.8.

Рисунок 1.8. Механические характеристики привода преобразователь частоты – асинхронный двигатель (ПЧ-АД)

а) при постоянном моменте; б) при постоянной мощности;

в) при вентиляторной нагрузке

Таблица 1.3.

При постоянном моменте	При постоянной мощности	При «вентиляторной» нагрузке
Mн=const	Mн=kΩ-1	Mн=KΩ2
U/f=const	U2/f=const	U/f2=const

Механические характеристики привода ПЧ-АД, сохраняющего постоянство перегрузочной способности приведены на рис. 1.8. Управление двигателем при ненасыщенной магнитной системе позволяет сохранять практически неизменным коэффициент мощности и абсолютное скольжение электропривода, при этом его КПД не зависит от скорости.

5.2. Синхронный привод (вентильный двигатель).

В вентильном приводе регулирование ведется по одному каналу – амплитуде питающего напряжения – U_m. Частота вращения Ω равна частоте питающего напряжения – ω. Закон управления также представляет зависимость U_m = U_m(ω), которая обеспечивает заданную перегрузочную способность двигателя – θ_н- угол нагрузки. При этом следует учесть, что синхронный двигатель имеет активный момент М_осн и реактивный М_р согласно формуле 1.17. Законы управления показаны в таблице 1.4.

1.17

Таблица 1.4.

Mн=kΩ-1	Mн=const	Mн=KΩ
СД с активным ротором
U=kΩ	U=kf2	U=kf3
СД с реактивным ротором
U2=kf	U=kf	U2=kf3

5.3. Привод на базе коллекторного двигателя постоянного тока.

В приводе с КДТП регулирование ведется двумя способами: якорное и полюсное. В соответствии с этим, механические характеристики имеют вид, как показано в таблице 1.5, а частота вращения Ω равна частоте тока роторной обмотки – ω. Закон управления также представляет зависимость U_m=U_m(ω), которая обеспечивает заданную перегрузочную способность.

Таблица 1.5.

Mн = kΩ-1	Mн = const	Mн = k Ω
КДПТ при якорном управлении
КДПТ при полюсном управлении

Где k₁, k₂ – постоянные коэффициенты, С – константа. Анализ полученных выражений показывает, что закон управления представляет собой сумму функций.

Как видим, для обеспечения устойчивой работы привода и заданной перегрузочной способности на всем диапазоне регулирования необходима разработка улучшенного закона управления, учитывающего все известные типы нагрузки.