7.7. Частотное регулирование момента асинхронного электропривода

Управляемость асинхронного электропривода, аналогичная управляемости электропривода постоянного тока при U_я=const и Ф=const, обеспечивается путем одновременного регулирования частоты f1 и напряжения U1 или тока I₁ статорной обмотки.

Этот способ регулирования момента реализуется в системе ПЧ-АД, основные особенности которой были подробно рассмотрены в §6.5. При выполнении условий, для которых справедливо линеаризованное уравнение механической характеристики асинхронного двигателя при питании от источника напряжения (см. §3.11) и от источника тока (см. §3.12), при регулировании момента можно использовать структурную схему асинхронного электропривода, представленную на рис.6.14. Если, например, при поддержании постоянным потока ₁=const замкнуть систему отрицательной обратной связью по моменту М с коэффициентом обратной связи по моменту k_ом, асинхронный электропривод приобретет свойства, подробно рассмотренные для обобщенной системы УП-Д в §7.4. Однако реализация рассмотренного там способа регулирования момента по отклонению в применении к асинхронному электроприводу вызывает практические трудности. Важной особенностью асинхронного электропривода является отсутствие простых способов измерения электромагнитного момента двигателя. Без принятия специальных мер, рассматриваемых в §8.9, момент асинхронного двигателя нелинейно зависит от доступного для измерения тока статора, и реализовать обратную связь по моменту с помощью связи по току, как в электроприводе постоянного тока, здесь не удается. Как следствие, во многих практических случаях от автоматического регулирования момента по отклонению отказываются и прибегают к использованию компенсационного способа управления с помощью положительной обратной связи по скорости. Как показано на рис.7.20,а и б, для измерения скорости на валу двигателя устанавливается тахогенератор ТГ, ЭДС которого e_тг при постоянном потоке Ф_тг пропорциональна скорости:

при этом уравнение для канала регулирования частоты имеет вид

(7.63)

где k_{p м} - коэффициент усиления регулятора момента РМ.

В соответствии со структурной схемой на рис.7.11 при учете (7.63) можно записать

Подбором значений k_{p м} и k_{п c} обеспечивается критическая положительная связь по скорости

при этом уравнение механической характеристики запишется в виде

где

Разрешим (7.63) относительно u_зм

С учетом (7.65) получим

Соотношение (7.67) свидетельствует о том, что в схемах на рис.7.20 сигнал задания момента пропорционален абсолютному скольжению двигателя s_a, поэтому рассматриваемый компенсационный способ иногда называют управлением по абсолютному скольжению.

М еханические характеристики =f(М), соответствующие (7.66) при p=0, представлены на рис.7.21,д. Они построены в предположении, что преобразователь частоты обладает способностью рекуперации энергии в сеть. Если преобразователь не обеспечивает такой возможности, во втором и четвертом квадрантах механические характеристики существуют в узкой области, ограниченной осью абсцисс и характеристикой динамического торможения 2.

При преобразователе частоты, способном передавать энергию как в прямом, так и в обратном направлениях, при критической положительной связи по скорости обеспечивается астатическое регулирование момента в пределах, ограниченных перегрузочной способностью двигателя (M<М_к) и при изменении скорости от характеристики 1, соответствующей ₀=_0max=const, до характеристики 3, соответствующей противоположному направлению вращения поля и максимальной частоте преобразователя частоты ₀=-_0mах.

Перегрузочная способность М_к в данной схеме зависит от способа управления полем двигателя. Наименьшая перегрузочная способность соответствует регулированию при ₁=const, наибольшая - при ₂=const, причем она ограничивается насыщением магнитной цепи машины и запасом по напряжению преобразователя частоты как при питании от источника напряжения (см. рис.7 20,a), так и при питании от источника тока (см. рис.7.20,б).

В схеме с инвертором напряжения для регулирования потока в канале управления напряжением u_ун предусматривается функциональный преобразователь ФП, на вход которого подаются сигнал u_уч, пропорциональный _0эл, и сигнал u_зм, пропорциональный абсолютному скольжению s_a. В функции этих величин функциональный преобразователь определяет сигнал задания напряжения u_ун в при ₁=_1ном=const или ₂=_2нoч=const. В частности, при ₁=const сигнал u_ун=U₁/k_ун вычисляется по соотношению (6.17а).

В схеме с инвертором тока (см. рис.7.20,б) в канал регулирования тока u_ут введено нелинейное звено Н31, которое формирует сигнал задания u_ут в нелинейной зависимости от s_a, определяемой соотношением (6.176) при ₂=_2max=const:

Для поддержания постоянным вектора потокосцеплсния в динамике на рис.7.20,б у инвертора тока предусмотрен вход управления фазой тока ₁. В канал регулирования фазы тока введено нелинейное звено Н32, реализующее зависимость от абсолютного скольжения, определяемую по (6.17в):

Динамические свойства электропривода с рассматриваемым способом регулирования момента определяются (7.66), которое вместе с уравнением движения позволяет построить структурную схему, представленную на рис.7.21,б.

Рассматривая эту структурную схему, можно заключить, что при задании момента скачком он нарастает до заданного значения М₃=k_мU_зм по экспоненте и через (34)T_Э устанавливается на заданном уровне М=М₃=const Под действием постоянного момента электропривод при М_с=const движется равномерно ускоренно до тех пор, пока нарастающая частота f1(_0эл) не достигнет максимального значения f_1max(_0злmax). Далее при f1=f_1maх=const движение электропривода при данном моменте нагрузки М_с определяется механической характеристикой 1 (рис.7.21,а).