- •Основы частотного управления асинхронными двигателями
- •Введение
- •1. Способы регулирования частоты вращения ад
- •2. Преобразователи частоты для регулируемого электропривода
- •3. Формирование и регулирование выходного напряжения аин
- •4. Основные характеристики ад при работе с номинальной частотой и напряжением
- •4.1. Принцип действия ад
- •4.2. Режим холостого хода ад
- •4.3. Процессы в ад под нагрузкой
- •5. Основные принципы построения систем частотно-регулируемого электропривода
- •6. Основные способы частотного управления ад
- •6.1. Схема замещения ад при переменной частоте
- •6.2. Закон частотного управления
- •6.3. Законы частотного управления с постоянством магнитного потока.
- •6.4. Системы частотного управления с регулируемым скольжением
- •7. Динамические режимы работы частотно-регулируемого электропривода
- •8. Векторное управление асинхронным электроприводом
- •9. Основные программируемые параметры преобразователей частоты
- •Параметры задания режимов пуска, разгона и торможения
- •Параметры задания вольтчастотной характеристики
- •Параметры задания выходной частоты преобразователя
- •Параметры установки защит
- •Литература
- •Оглавление
8. Векторное управление асинхронным электроприводом
При описании динамических режимов работы АД в качестве переменных используют результирующие (изображающие) вектора напряжений, токов, потокосцеплений.
(8.1)
,
то результирующим напряжением называется вектор, проекции которого на оси фаз двигателя a, b, c дают мгновенные значения напряжений. Можно показать, что результирующий вектор выражается через мгновенные значения следующим образом:
(8.2)
где
,
.
Р
(8.3)
.
Физически
такая замена результирующих векторов
напряжений (токов, потокосцеплений) их
проекциями на оси вещественных и мнимых
значений ортогональной системы координат
означает переход от реальной трехфазной
машины к эквивалентной двухфазной
машине [3,8]. На рис. 7.3 для примера приведены
временные (а) и векторные (б) диаграммы,
иллюстрирующие переход от трехфазной
системы выходных напряжений АИН с
к двухфазной системе напряжений в осях
,
.
Уравнения электрического равновесия обмоток статора и ротора АД, записанные через изображающие векторы имеют вид:
(8.4)
Каждое из приведенных уравнений записано в собственной системе координат, связанной, соответственно, с осями фаз статора и ротора. Поскольку при вращении ротора взаимное положение обмоток фаз статора и ротора непрерывно изменяется, в выражения для потокосцеплений войдут коэффициенты, зависящие от угла поворота ротора. Для преобразования полученной таким образом системы уравнений с периодическими коэффициентами к системе линейных дифференциальных уравнений используют переход к вращающейся системе координат.
![]()

а) б)
Рис.
7.3. Переход от трехфазной системы
напряжений к двухфазной системе
напряжений в осях
,![]()
Уравнения
асинхронного двигателя в системе
координат, вращающейся с произвольной
скоростью
,
имеют вид:
(8.5)
где
- число пар полюсов,
-
угловая скорость вращения ротора.
Уравнения
(8.5) описывают электромагнитные процессы
в эквивалентной двухфазной машине, у
которой статор и ротор неподвижны друг
относительно друга и вращаются в
пространстве со скоростью
.
Вращение координатных осей учитывается
введением в уравнения дополнительных
э.д.с. вращения.
Благодаря использованию вращающейся системы координат уравнения, связывающие токи и потокосцепления машины, становятся линейными:
(8.6)
где
,
-
индуктивности обмоток статора и ротора;
-
взаимная индуктивность обмоток статора
и ротора.
Для исчерпывающего описания переходных процессов в АД уравнения (8.5) и (8.6) дополняются уравнениями момента двигателя:
(8.7)
При
использовании уравнений (8.5-8.7) для
исследования режимов работы электропривода
с АД изображающие векторы токов,
напряжений, потокосцеплений выражают
через их проекции на действительную и
мнимую оси ортогональной системы
координат, вращающейся со скоростью
.
Выбор скорости вращения системы координат
определяется условиями конкретной
задачи. На практике используют три
варианта выбора
[4]. Выбор
=0
означает переход к системе
,
,
неподвижной относительно статора. При
этом напряжения и токи машины остаются
переменными, но имеют одинаковую частоту,
равную частоте тока статора. При переходе
к осям
,
составляющие результирующего напряжения
и тока
равны, соответственно, действительному
напряжению
и току
трехфазной машины (рис. 7.3).
Выбор
соответствует переходу к осям
,q,
неподвижным относительно ротора. Токи
и напряжения являются переменными и
изменяются с частотой тока ротора.
Наконец, при выборе синхронной системы
координат
,
,
вращающейся со скоростью поля (
)
переменные напряжения (токи) статора
трехфазной машины преобразуются в
постоянное напряжение (ток). При этом
составляющие результирующего тока
и
определяют, соответственно, магнитный
поток и момент двигателя. Таким образом,
появляется возможность осуществить
независимое регулирование потока и
момента (или скорости) асинхронного
двигателя аналогично тому, как осуществляют
регулирование координат в электроприводе
постоянного тока.
Система управления ПЧ с векторным управлением представляет собой вычислительное устройство, которое в реальном масштабе времени формирует управляющие воздействия на основе моделирования процессов в АД. На практике используются различные модификации векторного управления. Общим является задание двух управляющих воздействий - скорости (момента) и потока, а также наличие в каналах управления и обратной связи координатных преобразователей. В отличие от ПЧ со скалярным управлением, в которых режим работы АД определяется вольт- частотной характеристикой, в системах с векторным управлением формируются не только частота и величина, но и фаза выходного напряжения преобразователя частоты.
Для определения составляющих результирующего вектора тока в канале обратной связи векторной системы используют измеренные значения токов в двух фазах двигателя. Кроме датчиков тока электропривод с векторным управлением может содержать датчики выходного напряжения ПЧ и датчик частоты вращения двигателя. Существуют варианты построения векторных систем, позволяющие в некотором диапазоне регулирования производить косвенную оценку скорости двигателя без применения датчика частоты вращения. Основным недостатком векторных систем является необходимость точного задания параметров двигателя, которые изменяются в процессе работы (например, в зависимости от температуры).
