Реферат: Проект лабораторного стенда по изучению частотного электропривода на базе автономного инвертора напряжения фирмы OMRON

Для получения высокого качества управления ЭП в статических и динамических (переходных) режимах необходимо иметь возможность быстрого непосредственного управления моментом ЭД.

Момент любого ЭД в каждый отрезок времени определяется величиной (амплитудой) и фазой двух моментообразующих составляющих: тока и магнитного потока. В АД токи и потокосцепления статора и ротора вращаются с одинаковыми скоростями, имеют разные, изменяющиеся во времени фазовые параметры и не подлежат непосредственному измерению и управлению. Доступной управляемой переменной в АД является ток статора, имеющий составляющие, образующие магнитный поток и момент. Фазовая ориентация этих двух составляющих может быть осуществлена только внешним управляющим устройством, чем и обусловлен термин “векторное управление”.

В структуре электропривода ЭД рассматривается как электромеханический преобразователь ЭМП в виде идеализированного двигателя. Его ротор не обладает массой и механической энергией, не имеет механических потерь энергии и жестко связан с реальным физическим ротором, относящимся к механической части ЭП. Такой ЭД может быть представлен электромеханическим многополюсником, содержащим n пар электрических выводов по числу n обмоток, и одну пару механических выводов (смотри рисунок 9). На механических выводах в результате электромеханического преобразования (ЭМТ) энергии при скорости  развивается электромагнитный момент M. Момент M является выходной величиной ЭМП и входной для механической части электропривода. Скорость  определяется условиями движения механической части, но для ЭМП может рассматриваться как независимая переменная. Механические переменные M и  связывают ЭМП с механической частью в единую взаимосвязанную систему. Все процессы в ЭД описываются системой уравнений электрического равновесия (число уравнений равно числу обмоток) и уравнением электромеханического преобразования энергии. Для этого в теории ЭП используют двухфазную модель обобщенного ЭП (смотри рисунок 8), к которой приводятся абсолютно все виды и типы электрических машин:

α, β – неподвижные оси статора; d, q – вращающиеся оси ротора; φ – угол поворота ротора; - угловая скорость ротора;

Рисунок 8 – Модель обобщенного ЭМП.

Уравнение электрического равновесия i- обмотки:

где - потокосцепление i-ой обмотки;

i=1a,…2q; j=1a,…2q, R_i – активное сопротивление обмотки, L_i,j – собственные и взаимные индуктивности обмоток. Величина взаимных индуктивностей зависит от угла  поворота ротора и от пространственного сдвига обмоток, т.е. является функцией скорости (и времени). Именно поэтому невозможно получить cos φ = 1.

Синтез алгоритмов и систем векторного управления АД базируется на анализе двухфазной d – q модели АД (d и q – ортогональная система координат ротора).

Рисунок 9 – Схема векторного управления

Схема векторного управления состоит из трех основных функциональных частей:

БРП – блок регуляторов переменных;

БВП – блок вычисления переменных;

БЗП – блок задания переменных;

На вход БРП поступают задающие сигналы скорости и потока, и сигналы обратной связи (с выхода БВП) – ориентированные по полю значения составляющих тока статора, потокосцепления ротора, и скорости. БРП содержит набор регуляторов потока, момента, тока, на выходе которых формируются также ориентированные по полю сигналы задания составляющих тока статора.

БЗП осуществляет фазовые и координатные преобразования задающих d – q переменных в систему трехфазных сигналов управления ШИМ АИН. Блок БВП вычисляет текущие значения амплитудных и фазовых параметров d – q переменных АД, осуществляя фазовые и координатные преобразования реальных трёхфазных сигналов токов и напряжений АД, поступающих с выходов соответствующих датчиков.

Координатные преобразования, осуществляемые блоком БВП, заключаются в переходе от реальных координат трёхфазной системы статора АД с осями d,q (преобразование 3 → 2). Блок БЗП осуществляет обратные координатные преобразования (2 → 3), от d-q к a,b,c.

Фазовые преобразования в этих блоках обеспечивают привязку фазовых параметров переменных в двух системах координат.

На надежность, стоимость и качество характеристик ЭП влияют число измеряемых параметров и точность измерений. Для векторного управления АД надо измерять хотя бы две из четырех, доступных к измерению переменных:

1. Токи статора АД;

2. Напряжения на зажимах АД;

3. Угловая скорость ротора АД;

4. Угловое положение ротора АД;

Векторное управление позволяет практически в любой момент времени, при любом положении ротора относительно статора, при любой угловой скорости и нагрузке на машину, получить максимальный cos φ АД. Это, в свою очередь, ощутимо повышает К.П.Д и момент эл. машины, который, в данном случае, практически не зависит от угловой скорости двигателя.

1.5 Достоинства и недостатки АИН