СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ АСИНХРОННИМ ЕЛЕКТРОПРИВОДОМ БЕЗ ДАТЧИКА ШВИДКОСТІ

У частотно-регульованих асинхронних електроприводах векторне управління пов'язано як зі зміною частоти і поточних значень змінних (напруги, струму статора, потокосцепления), так і з взаємною орієнтацією їх векторів в декартовій системі координат. За рахунок регулювання і амплітудних значень змінних, і фазових кутів між їх векторами досягається найбільш якісне регулювання швидкості, моменту і струму асинхронного двигуна як в статиці, так і динаміці. У тих випадках, коли за вимогами технологічного процесу діапазон регулювання швидкості асинхронного двигуна не повинен перевищувати, Застосовуються бездатчикового системи асинхронних електроприводів з векторним керуванням. У таких системах інформація про поточні значення і просторових положеннях векторів потокозчеплення і значеннях швидкості обертання асинхронного двигуна визначається побічно по миттєвим значенням струмів і напруг фаз двигуна на основі математичної моделі асинхронного двигуна. Бездатчикового системи векторного керування асинхронним двигуном через нестабільність параметрів схеми заміщення двигуна поступаються системам з прямим векторним керуванням.

Електромагнітний момент асинхронного двигуна можна визначити через твір вектора , комплексно сполученого з вектором потокозчеплення обмотки ротора , і вектора струму статора [7].

Рівняння електромагнітного моменту асинхронного двигуна може бути знайдено в наступному вигляді:

(6.82)

Якщо зорієнтувати систему координат за дійсною складовою потокозчеплення ротора , то уявна складова вектора потокозчеплення ротора дорівнюватиме нулю. У цьому випадку момент асинхронного двигуна пропорційний твору дійсної складової потокозчеплення ротора і уявної складової струму статора :

(6.83)

На основі виразу (6.83) будуються системи векторного керування асинхронним електроприводом з орієнтацією по вектору потокозчеплення ротора.

Функціональна схема асинхронного електроприводу з бездатчикового векторним керуванням і орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора приведена на рис. 6.52.

Мал. 6.52. Функціональна схема асинхронного електроприводу з бездатчикового векторним керуванням з орієнтацією по вектору потокозчеплення ротора

На рис. 6.52 прийняті наступні позначення фізичних величин: - сигнал завдання потокозчеплення ротора;

- сигнал завдання швидкості обертання електроприводу;

- сигнал, пропорційний дійсної складової потокозчеплення ротора;

- сигнал, пропорційний уявної складової потокозчеплення ротора;

- сигнал завдання дійсної складової струму обмотки

статора;

- сигнал завдання уявної складової струму обмотки статора;

- сигнал, пропорційний дійсної складової струму статора асинхронного двигуна під обертається системі координат;

- сигнал, пропорційний уявної складової струму статора асинхронного двигуна під обертається системі координат;

- сигнал завдання дійсної складової напруги обмоток статора асинхронного двигуна під обертається системі координат;

- сигнал завдання уявної складової напруги обмоток статора асинхронного двигуна під обертається системі координат;

• - складова вектора напруги обмотки статора, орієнтована уздовж осі х обертається системи координат;
• - складова вектора напруги обмотки статора, орієнтована уздовж осі у обертається системи координат;

- струми фаз обмоток статора асинхронного двигуна;

- напруги фаз обмоток статора асинхронного двигуна.

Схема містить прямої (ПКП) і зворотний (ОКП) координатні перетворювачі. Перетворювачі координат необхідні, так як побудова системи управління електроприводом змінного струму можливо тільки під обертається системі координат, а струми і напруги обмоток асинхронного двигуна - гармонійні сигнали нерухомою трифазної системи координат. Взаємний переклад з однієї системи координат в іншу виконують координатні перетворювачі.

Регуляторами системи управління відповідно до задають сигналами швидкості і потокозчеплення і сигналами зворотного зв'язку формуються сигнали управління під обертається системі координат. У прямому координат ном перетворювачі керуючі сигнали переводяться в сигнали нерухомої системи координат, які керують інвертором.

Зворотний координатний перетворювач спочатку перераховує миттєві значення напруг трифазної системи координат А, В, С в нерухому систему координат :

(6.84)

Потім напруги переводяться у обертову систему координат :

(6.85)

(6.86)

За цим же формулами виконується зворотне перетворення для розрахунку струмів

Миттєві значення просторових кутів повороту векторів потокозчеплення, струму і напруги обчислюються на підставі швидкості обертання поля статора:

(6.87)

В сучасних електроприводах змінного струму потокосцепление ротора обчислюється через рівняння динамічної моделі асинхронного двигуна за допомогою обчислювачів потоку різного типу. Рівняння для розрахунку потокозчеплення ротора може бути отримано з рішення системи рівнянь, що описують роботу асинхронного двигуна в динаміці під обертається системі координат [7]:

(6.88)

де - швидкість обертання ротора: - складова вектора потокозчеплення обмотки статора, орієнтована уздовж осі обертається системи координат; - складова вектора потокозчеплення обмотки статора, орієнтована уздовж осі у обертається системи координат; - коефіцієнт розсіювання.

Обчислювач потоку вирішує спільно систему рівнянь (6.88) щодо складових вектора потокозчеплення ротора під обертається системі координат при

(6.89)

де - частота напруги обмоток статора двигуна.

У бездатчикового асинхронних електроприводах з векторним керуванням інформація про швидкість обертання електродвигуна розраховується обчислювачем положення і швидкості. У бездатчикового електроприводах обчислення швидкості виробляється через легко вимірювані напруги на виході інвертора, до якого підключений асинхронний двигун і струми фаз статора двигуна.

В основу принципу побудови систем бездатчикового векторного управління покладено математичний опис асинхронного двигуна в нерухомій системі координат [7]:

(6.90)

Наявність швидкості ω в системі рівнянь (6.90) дозволяє визначити її значення через значення інших змінних.

Якщо припустити, що складові потокозчеплення ротора і в нерухомій системі координат відомі, то можна визначити його модуль і кут повороту

(6.91)

(6.92)

Знаючи кут повороту , можна легко обчислити швидкість обертання двигуна, взявши похідну від з виразу (6.92)

(6.93)

Похідна від arctga може бути знайдено у вигляді [23]

(6.94)

Якщо , тоді

(6.95)

У тих випадках, коли бездатчикового системи векторного керування асинхронними двигунами нс дозволяють забезпечити необхідний діапазон регулювання швидкості і якість перехідних процесів, застосовують системи векторного керування з датчиками швидкості.