Регулируемые электроприводы переменного тока (стр. 8 )

7.2.2. Синхронный электропривод

Прежде всего, следует отметить, что СД с постоянными магнитами (СДПМ), по крайней мере, серийно выпускаемые двигатели не обеспечивают двухзонного регулирования. Не случайно в современных металлорежущих станках используются приводы подач на основе СДПМ, а главные приводы – на основе АД. Поэтому синхронные электроприводы с двухзонным регулированием – это электроприводы средней и большой мощности на основе СД с электромагнитным возбуждением.

Поскольку такой СД – трехмерный объект, возможности для двухзонного регулирования благоприятнее, чем для АД. Возможен такой вариант задания энергетических переменных, в котором напряжение статора при постоянной мощности не возрастает в верхней зоне. Это – задание потокосцепления статора, убывающего обратно пропорционально скорости. В отношении второй энергетической переменной возможны варианты. Один из вариантов – задание нулевой реактивной составляющей тока статора. Векторная диаграмма показана на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Векторная диаграмма синхронного электропривода для верхней зоны

В таком режиме при неизменной мощности электропривода в верхней зоне сохраняются неизменными напряжение и ток статора. Диапазон ослабления поля с точки зрения установившихся режимов не ограничен. Автору удалось на экспериментальной установке достигнуть соотношения vmax/v0 = 5.

7.3. Реальные диапазоны регулирования для верхней зоны

Мы рассмотрели условия для напряжения статора в верхней зоне только на основе характеристик для установившихся режимов. Анализ с учётом динамики многократно сложнее. Можно считать, что приемлемый диапазон в верхней зоне ограничен примерными значениями vmax/v0 » 1.5 для асинхронных электроприводов и vmax/v0 » 2 – для синхронных.

Полезно отметить, что и в электроприводах постоянного тока весьма редко используется более широкий диапазон. Например, в электроприводах моталок листовых прокатных станов диапазон регулирования при постоянной мощности достигает значения vmax/v0 » 7-10. Используются же электроприводы с диапазоном vmax/v0 » 1.5-2, т. е. мощность преобразователя существенно завышена.

7.4. Пример процессов электропривода с двухзонным регулированием

Пример показан на рис. 7.3. Это – процессы синхронного электропривода с векторным управлением, с ориентацией по ротору, с датчиком положения ротора. ПЧ данного электропривода – на основе инвертора тока с ШИМ. Зарегистрированы следующие переменные:

·  основной магнитный поток yFd (сигнал фильтрован, полоса пропускания фильтра 1000 рад/с);

·  электромагнитный момент MF (сигнал фильтрован аналогичным фильтром);

·  задание скорости vref;

·  скорость v;

· 

ток в звене выпрямленного тока (фильтрованный сигнал) iRFD.

Рис. 7.3. Процессы синхронного электропривода с двухзонным регулированием

Показаны разгон до максимальной скорости, наброс и сброс нагрузки, торможение. Максимальная мощность в этом примере Pmax = 2.5, диапазон регулирования в верхней зоне vmax/v0 = 2. Магнитный поток при максимальной скорости ослаблен вдвое. Можно также отметить снижение ускорения-замедления с ростом скорости выше основной. Процессы имеют типовой характер.

7.5. Выводы к главе

1. Двухзонное регулирование скорости используется в ограниченной области применения. Цель – снизить максимальную мощность преобразователя.

2. В верхней зоне электроприводы работают с ограничением продолжительной и максимальной мощности (а не момента). Ускорение-замедление снижаются с ростом скорости.

3. Реальные диапазоны регулирования в верхней зоне достигают vmax/v0 » 1.5 для асинхронных электроприводов и vmax/v0 » 2 - для синхронных.

8. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Этот вводный курс, естественно, даёт самое поверхностное представление о регулируемых электроприводах переменного тока. Это представление направлено, прежде всего, на задачу выбора электропривода для конкретных применений. Кроме того, такое представление полезно для наладки и для проверки режимов действующих электроприводов.

2. В качестве основы подхода приняты:

·  требования к регулируемым электроприводам со стороны механизмов;

·  общепринятые методы выполнения этих требований с учётом десятилетий опыта регулируемых электроприводов постоянного тока;

·  режимы двигателя как сердца регулируемого электропривода.

3. Асинхронные двигатели проще конструктивно, синхронные двигатели потенциально обладают более высоким КПД. Эти факторы определяют области целесообразного применения:

4. Режимы регулируемых электроприводов рассмотрены фактически безотносительно от вида ПЧ, поскольку эти режимы должны обеспечиваться с любым видом ПЧ.

5. Поскольку не рассмотрены виды ПЧ и их режимы в регулируемом электроприводе, данный курс не даёт основы для выполнения требований со стороны питающей сети.

6. В регулируемых электроприводах переменного тока возможно выполнение любых, даже самых жёстких требований в отношении регулировочных и электромеханических свойств. Имеется дополнительная возможность приблизить энергетические режимы к оптимальным; в этом отношении синхронные электроприводы обладают повышенными возможностями.

7. Полноценное регулирование возможно только в замкнутых системах автоматического регулирования. Частотное регулирование скорости в разомкнутой системе возможно только для асинхронных электроприводов, причём только в случае, когда пуско-тормозные режимы являются нечастыми.

8. Качественное решение задач регулируемых асинхронных электроприводов достигается в системах векторного управления с ориентацией по полю, а для синхронных электроприводов – с ориентацией по ротору.

9. Для электроприводов без повышенных требований принципиально возможно решение задач без специального датчика на валу двигателя. Однако для высококачественного регулирования во всех режимах необходим такой датчик.

10. В целом можно отметить, что продолжается интенсивное совершенствование регулируемых электроприводов переменного тока и в целом, и в отдельных компонентах: электрических машинах, ПЧ, системах управления. Поэтому многие подходы нельзя считать окончательными.