вания тока инвертора представляется апериодическим звеном с постоянной времени Тз, охваченным отрицательной обратной связью по ЭДС через звено F (ю, М, Q.

Управляемый выпрямитель с безынерционной системой фазового управления, на входе которой установлен RC-фильтр с постоянной времени Г, представлен линейным безынерционным звеном kg.

Из (8.32) следует:

+ cos

<аЧг sin ф, -t-

Фг),

(8.33)

где Vr - модуль результирующего вектора потокоецеплення ротора; - угол между результирующими векторами потокоецеплення ротора и тока статора.

Анализируя (8.33), отметим, что по сравнению с приводом постоянного тока, где действие внутренней обратной связи по ЭДС двигателя проявляется прн изменении частоты вращения, в данном случае влияние внутренней связи по ЭДС e более существенно, так как в переходных режимах изменяется не только угловая скорость ш, но и угол ф между вектором потокоецеплення ротора и тока статора. Влияние ЭДС более значительно в тормозных режимах (при переходе из двигательного режима в тормозной ЭДС изменяется и по знаку) и с увеличением угловой скорости возрастает.

Настройка замкнутого контура тока на модульный оптимум с использованием ПИ-регулятора, компенсирующего постоянную времени объекта Тз, не обеспечивает требуемое качество переходного процесса тока вследствие влияния внутренней обратной связи по ЭДС; возникающее при этом значительное перерегулирование тока в тормозных режимах достигает 100 % установившегося значения.

Для оптимизации контура регулирования тока необходимо скомпенсировать влияние внутренней связи по ЭДС. Действие предполагаемой компенсации эквивалентно введению в канал обратной связи по ЭДС дифференцирующего звена с замедлением, имеющего передаточную функцию ТрКХ + Т). Учитывая, что Г, равная 3-5 мс, соответствует полосе частот эффективного подавления возмущения от О до 200-300 рад/с, можно считать влияние ЭДС скомпенсированным. Тогда параметры ПИ-регулятора тока рассчитываются по общепринятой методике (см. разд. 7).

Передаточная функция регулятора тока, настроенного на модульный оптимум,

где 0=2.

Следующим этапом синтеза системы регулирования тока является преобразование структурной схемы (рис. 8.23, а). Необходимость в этом обусловлена технической

сложностью непосредственного изменения ЭДС е .

Так как е = Иов - d. структурная схема может быть преобразована к виду рис. 8.23, б. При этом апериодическое звено 1/(1 + 7цР), охваченное жесткой единичной положительной связью, преобразуется в интегрирующее с передаточной функцией l/rp. Далее в результате структурных преобразований получаем одноконтурную систему с гибкой обратной связью по току н последовательно включенными в прямом канале ПИ- и И-регуляторами с передаточными функциями соответственно (1 + + TзP)RзlaTJгзkpn \/Т р (рнс. 8.23, в). Учитывая, что в реальных системах акзкШз 1, влиянием интегральной составлнющей первого регулятора на переходные процессы можно пренебречь. Тогда структурная схема рис. 8.23, в будет эквивалентна схеме рнс. 8.23, г. И, наконец, исключая из цепи обратной связи по току дифференциальную составляющую, получаем структурную схему рис. 8.23, д.

Полученная структурная схема (рис. 8.23, д) удобна тем, что в ней не требуется непосредственное измерение ЭДС инвертора, а компенсация внутренней обратной связи по и осуществляется косвенным путем с помощью сигнала отрицательной обратной связи по току и соответствующей настройки регуляторов. Последовательная коррекция обеспечивается одним ПИ-регулнтором с передаточной функцией:

1-f аГцР

Щ. т {Р) =-- -

в котором используется операционный усилитель.

На входе ПИ-регулятора необходимо включить апериодическое звено с передаточной функцией

иф(Р) = 1/(1+47).

которое легко реализуется на пассивных /?С-элемеитах.

8.4. СИСТШЫ ABT0iWATH4ECK( 4) УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЯМИ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ И АСИНХРОННЫМИ ВЕНТИЛЬНЫМИ КАСКАДАМИ

При построении оптимальных систем автоматического регулирования двигателей переменного тока обычно стремятся получить системы, по своей структуре и передаточной функции аналогичные системам автоматического регулирования ДПТ. Поскольку у ДПТ при постоянном потоке возбуждения развиваемый момент пропорционален току якоря, то управление приводом достаточно качественно н просто реализуется посредством одно канальных систем подчиненного регулирования. Вместе с тем двигатели переменного тока об-

ладают своими специфическими особенностями и ииымн, дополнительными по сравнению с ДПТ возможностями для регулирования.

В отличие от ДПТ управление двигателем переменного тока осложнено рядом обстоятельств, наиболее существенными из которых являются следующие: момент электро-даигателя определяется произведением двух обобщенных векторов электромагнитных па-

?аметров статора и ротора, т. е. является ункцией четырех переменных (амплитуды и пространственного положения каждого из векторов); ток (потокосцепленне) в каждой фазе двигателя определяется ие только параметрами машины и прикладываемым к этой фазе напряжением, но и значениями токов (потокоспеплений) в других фазах статора и роторв; в электроприводах переменного тока возникает задача регулирования не только активной, ио и реактивной мощности, а также задача регулирования основного магнитного потока для лучшего использования двигателя.

Учет указанных обстоятельств прн создании систем автоматического регулирования электроприводов переменного тока приводит к необходимости создания многоканальных взаимосвязанных систем регулирования.

Объектом регулнро1ваиня для рассматриваемых САУ является АД, исходные дифференциальные уравнения которого, записаа-иые в системе ортогональных координат, вращающихся в пространстве с угловой скоростью Oft, имеют вид:

- - rfV -

t№ -

Brrr{r+-- + i (fi>ft-0 Pr-.

J da

M=p 4Asin(¥.7,)=

= --РпЛ81п(Ф = рп-7Л8{п(,. 7,) =

= - -9- PnlmUr sin {is, V)

(8.36)

где Us, Ur, Чя, r, is, ir- обобщенные иекторы соответственно напряжений, потокосцеплений и токов статора (s) и ротора (г) двигателя;

М, Л1с - электромагнитный момент двигателя и момент сопротивления на валу двигателя; fg, Tf - активные сопротивления фаз статора, ротора; - взаимная индуктивность между обмоткой статора (ротора) и всеми обмотками ротора (статора); L, L, - индуктивности обмоток статора (ротора), учитывающие магнитную связь данных обмоток статора (ротора) с другими обмотками статора (ротора); а> - угловая скорость ротора (электрическая); J - момент инерции привода; р - число пар полюсов двигателя.

Как показывают уравнения (8.36), момент АД зависит не от одной переменной (как в ДПТ), а от двух векторов токов и потокосцеплений. Учитывая, что каждый вектор имеет две проекции на выбранные оси координат, вращающиеся со скоростью получаем, что момент АД зависит от четырех переменных.

Для асинхронных электроприводов с преобразователем в цепи ротора - двигателей двойного питания (ДДП) и асинхронных вентильных каскадов (АВК), статорные обмотки которых подключены к промышленной питающей сети, можно принять допущение о неизменности напряжения статора (£ = = const) н потокосцепления статора (У = = const). При условии тюстояяства потокосцепления статора (Vs = const). При условии постоянства потокосцепления статора момент Ад зависит от одного из векторов тока статора ig или ротора т. е. от двух его проекций на оси координат. В ДДП для построения системы регулирования удобно принять систему координат, вращаюпигюся синхронш) с полем статора с угловой скоростью щ, причем вектор напряжения сетн направлен по осн X (Usx = 1; Щу = 0).

В установившихся режимах влиянием активного сопротивления обмоток статора моншо пренебречь, что позволяет считать неизменными составляющие потокосцепления статора по осям х, у при различных нагрузках:

VsxO, Vsy-Us/ao. (8.37)

Поскольку момент АД равен:

М==3р (- Psyisx+esxhy)/

=3р (Vsyirx-Vsxlry)/. (8.38)

то при выполнении условия (8.37) момент ДДП пропорционален активному току статора или ротора:

C sisx-=Crx. (8.39)

Условие (8.39) позволяет управлять моментом АД косвенным образом путем измеиения активных составляющих токов статора вли ротора.

Реактивные составляющие токов статора илн ротора могут регулироваться независимо от момента по второму каналу регулирования. >

Для построеняя - структурных схем каналов регулирования активных и реактивных токов уравнения цепей АД можно, преобразовав исходные уравнения (8.36), представить в виде

г <лг. г; =-Г (ТаквР-t-1) X акв

Xf5.r<*.j,.+Si/K. (8.40)

где И, ,х,у> - напряжение по одаой из осей ротора; is,rix,yi-ток статора или ротора по той же оси; йэкв. Тя - эквивалентные коэффициент усиления и постоянная времени АД, зависящие от его параметров; S (/к - некоторая функция, зависящая от токов и потокосцеплений АД, называемая сигналом компенсации взаимного влияния фаз.

При компенсации сигналов Si/к*. SUkj цепи ротора представляют собой простые инерционные звенья. Передаточные функции объекта регулирования по осям х, у имеют вид:

где кза, Гэкв* определяются по (8.41).

Момент ДДП определяется по (8.39). Роль регулятора момента играет регулятор тока, который рассчитывается обычными методами, нзрнняшми в системах регулирования ДПТ. Большая компенсируемая постоянная времени равна Tss малая некомпенсируемая Гц. Для преобразователя частоты с непосредственной связью при трехфазной мостовой схеме и частоте сети 50 Гц Гц 10~ с

Ркс. 8.24, Упрощенная структурная схема канала рерулироваиин скорости прн регулировании

токов ij ty.

Формула (8.40) означает, что при условии введения в сигнал управления компенсирующего сигнала 2 Ug, передаточная функция объекта представляется простым инерционным звеном и замкнутая САУ может быть построена методами, принятыми в электроприводах постоянного тока (см. разд. 7).

Система регулирования ДДП с управлением активным и реактивным токами статора строится по принципам систем подчиненного регулирования. При этом уравнения цепей ротора ДДП по аналогии с (8.40) могут быть представлены в виде

Uxr=- -J- X

Авкв 1

*yr-

кзкя

X(TsP + i)iys+llUy.

(8.41)

где Аэкв ~ Arils - эквивалентный коэффициент усиления контура тока статора; Гэкя s= = aLs/rg - эквивалентная постоянная временя контура тока статора; 0=1 - L%/L/L- А, = Lot/L, -коэффициент; St/к*, 2 Uy - сигналы компенсации взаимного влиянии фаз по осям X, у.

При стабильном напряженяи питания можно принять:

(8.42)

2 t/к* = - о>о Р*г/ + {гг+кф. т) irx; L t/к i, = dioSPsx + (гг + кф. г) iry,

где Аф.т - коэффициент обратной связи по току ротора (В контуре фазных токов ротора), ВА.

На рис. 8.24 приведена упрощенная структурная схема канала регулирования скорости. Передаточная функция регулируемого объекта (тиристорный преобразователь- двигатель) имеет вид:

где к-г - коэффициент обратиой связи по токам isx, isy> Аэкв = Vj; Ат,п - коэффициент усиления тиристорного преобразователя.

При настройке контуров токов Igx, Isy на модульный оптимум передаточная функция регулятора тока АА имеет вид:

Тогда передаточная функция внутреннего разомкнутого контура (контура тока) равна:

Р>) = 2Г(Г4-1)-

Передаточная функции замкнутого внутреннего контура имеет вид:

Wbi(p)= *

2Грр(Гцр4-1)+1 1

(8.46)

Передаточная функция объекта регулирования внешнего контура (контура скорости):

оба(Р)=2-Ас. (8 47)

Тогда передаточная функция регулятора скорости AR при настройке иа модульный