Скользящие режимы электродвигателей

Если продвижение в области создания компактных, надежных и достаточно дешевых инверторов в настоящее время можно считать недостаточным для разработки эффективного тягового электропривода переменного тока, то при построении систем управления таким электроприводом достигнут большой опережающий задел. Разработанная первоначально теория частотно-токового управления электрическими машинами переменного тока в последние годы была значительно развита В. И. Уткиным и его сотрудниками на основе общей теории систем с переменной структурой и использования «скользящих» режимов в таких системах .

Применение «скользящих» режимов для электроприводов с импульсными силовыми преобразователями является органичным в силу разрывного характера работы ключевых элементов преобразователя. Рассмотрим в качестве примера систему управления асинхронным электродвигателем. Схема электропривода показана на рис. 3.8; причем силовой преобразователь типа инвертора напряжения показан в виде набора ключевых элементов С1-A3 трехпозиционного типа, соединяющих фазные обмотки двигателя М с «плюсом» или «минусом» тяговой батареи GB.

image002

Рис. 3.8. Схема асинхронного электропривода с управлением в «скользящих» режимах

При этом фазные напряжения Ur, Ub, Ut формируются в зависимости от знаков релейных управляющих сигналов image004, image006, image008 соответственно. Исходя из задач управления тяговым электродвигателем с учетом минимизации потерь энергии за счет воздействия на магнитный поток двигателя (аналогично управлению двигателем постоянного тока с воздействием на ток возбуждения), «скользящий» режим задается вдоль поверхности S = 0. Проекции вектора S выбираются при этом в виде:

image010 (3.7)

где М и Мг - соответственно фактическое и заданное значения электромагнитного момента двигателя; image012, image014- фактическое (вычисленное) и заданное значения потокосцепления; с1 = const. Условие существования «скользящего» режима имеет вид:

image016 (3.8)

и совместно с выражением (3.7) определяет алгоритм формирования управляющих воздействий Uaz и Ubz.

Таким образом, схема системы управления, показанная на рис. 3.8, может быть разделена на следующие основные функциональные блоки:

*формирователи задания движения ЗД и Ф1, управляемые от педали хода {ПХ), с выходными переменными Мz, image014 и image012г.

*формирователь проекций вектора S, определяемых по формуле (3.7);

*формирователь управляющих напряжений Uaz, Ubz;

*ограничитель модуля тока статора | Iс | в виде задержанной обратной связи, состоящей из выпрямителя В1, релейного элемента задержки Р4, ключевого элемента К.4;

*преобразователь управляющих напряжений Uaz, Ubz в трехфазную систему image004, image006, image008

*датчики фазных токов ДR, ДS, ДТ и угла поворота ротора ДП;

*формирователь частоты вращения двигателя Ф4;

*блок вычисления электромагнитного момента М, потокосцепления image012и производной потокосцепления image014;

Этот последний блок, показанный в нижней части схемы, представляет собой модель двигателя, в которой производятся следующие преобразования измеренных переменных состояния двигателя;

трехфазных компонентов тока статора IR, IS, IT в двухфазную систему согласно выражениям:

image021 (3.9)

переход к вращающейся системе координат:

image023 (3.10)

определение компонент потокосцепления ротора image025и image027 и их производных image025и image027в соответствии с уравнениями Парка:

image031 (3.11)

определение этих компонент производится в блоках Ф2 и ФЗ;

переход к неподвижной системе координат (а, image033) для компонент потокосцепления ротора в соответствии с выражениями:

image036 (3.12)

определение электромагнитного момента

image038 (3.13)

определение модуля потокосцепления ротора

image040 (3.14)

определение производной модуля потокосцепления

image042 (3.15)

В блоке вычисления электромагнитного момента, потокосцепления и его производной в данном варианте используется первичная информация, получаемая от датчиков тока статора и положения ротора, которую можно рассматривать как наименьшую и наиболее просто получаемую практически. Такая ограниченность первичной информации определяет необходимость довольно сложной ее обработки с целью получения переменных состояния, формирующих вектор S. При развитии системы первичных датчиков этот наиболее сложный из блоков системы управления может быть существенно упрощен. Заметим, что для этого, например, может быть осуществлена встройка в двигатель датчиков потокосцепления или просто магнитного потока, что является технически вполне осуществимым. Реализация данного блока оказывается простой при использовании также микропроцессорного управления с блоками ускоренного умножения.

В настоящее время разработан ряд вариантов систем переменной структуры, реализующих «скользящие» режимы управления двигателями различных типов, в том числе синхронных и вентильных двигателей. Испытания опытных образцов подтверждают высокую их эффективность и, в частности, высокое качество управления, инвариантность к основным возмущениям, существенное упрощение схемной и конструктивной реализации устройств управления двигателями переменного тока.

 

 

Проверено корректором: 
no

Комментарии

Отправить комментарий

Содержание этого поля является приватным и не предназначено к показу.
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Доступны HTML теги: <a> <em> <strong> <cite> <code> <ul> <ol> <li> <dl> <dt> <dd>
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.

Подробнее о форматировании

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Enter the characters shown in the image.