Схема нереверсивного управления пуском АД

Схема нереверсивного управления пуском АД

Схема нереверсивного управления пуском АД представлена на рис.34.8.

Рис.34.8. Схема нереверсивного управления АД

Для пуска двигателя необходимо нажать на кнопку «ПУСК» – SB2. При этом линейное напряжение подается на катушку контактора К1. Замыкаются главные контакты К1 в цепи статора двигателя и двигатель запускается. Одновременно замыкается вспомогательный контакт К1, шунтирующий кнопку «ПУСК» SB2. Этот контакт удерживает катушку К1 под напряжением при размыкании кнопки «ПУСК» SB2. Отключение двигателя осуществляется нажатием на кнопку «СТОП» SB1. В этом случае размыкается контакт SB1, обесточивается катушка, размыкаются контакты К1 силовые и вспомогательный. Двигатель отключается от сети. Для защиты от токов короткого замыкания предусмотрены предохранители в цепи обмотки статора.

Схема реверсивного управления асинхронным двигателемпредставлена на рис.34.9.

Рис.34.9. Схема реверсивного управления АД

При включении рубильника Q двигатель не запустится, т. к. в цепи статора разомкнуты контакты К1, К2. Для пуска двигателя необходимо нажать кнопку «Пуск» SB2 (пуск вперед). При этом катушка магнитного пускателя К1 оказывается под линейным напряжением, по ней протекает ток и, следовательно, замыкаются силовые контакты К1 в цепи обмотки статора, нормально открытый контакт К1, шунтирующий кнопку SB2 , что позволяет отпустить кнопку SB2 и ток в цепи катушки будет проходить по блок-контакту К1. Одновременно размыкается нормально закрытый блок-контакт К1 в цепи катушки контактора К2, приводя разрыв цепи катушки К2, который нужен для того, чтобы при ошибочном одновременном нажатии кнопок SB2 и SB3 не сработали сразу оба контактора, что привело бы к короткому замыканию силовой цепи.

При замыкании силовых контактов К1 обмотка статора оказывается под напряжением и двигатель начинает вращаться. Для остановки двигателя необходимо нажать кнопку SB1.

При нажатии на кнопку SB3 двигатель будет вращаться в другую сторону, так как силовые контакты К2 обеспечивают изменение чередования фаз.

От коротких замыканий двигатель защищен предохранителями F1.

Схема управления пуском АД с фазным роторомпредставлена на рис.34.10

Рис.34.10. Схема управления пуском АД с фазным ротором

При пуске контакты аппаратов управления находятся в положении, указанном на схеме.

При включенном рубильнике Q для пуска двигателя необходимо нажать на кнопку «ПУСК» SB2. Тогда на катушку контактора подается линейное напряжение сети, катушка обтекается током и замыкаются нормально разомкнутые контакты в силовой цепи К1 и блок контакт К1, шунтируюший кнопку «ПУСК» SB2.

С выдержкой времени на замыкание включается контакт К1 в цепи контактора К2. На катушку контактора К2 подается линейное напряжение, протекает ток и замыкаются н. о.контакты К2 в цепи ротора двигателя. Первая ступень пускового реостата выводится.

С выдержкой времени на замыкание включается н. о. контакт К2 в цепи контактора К3. На катушку контактора К3 подается линейное напряжение, протекает ток и замыкаются н. о.контакты К3 в цепи ротора двигателя. Вторая ступень пускового реостата выводится.

С выдержкой времени на замыкание включается н. о. контакт К3 в цепи контактора К4. На катушку контактора К4 подается линейное напряжение, протекает ток и замыкаются н. о.контакты К4 в цепи ротора двигателя. Третья ступень пускового реостата выводится. Ротор закорачивается накоротко. Пуск двигателя окончен.

Рис.34.12. Схема управления асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с ограничением пути перемещения элемента приводного механизма

Включаем выключатель Q и нажимаем на кнопку «ПУСК» SB2.

Так как все контакты в цепи магнитного пускателя К1 замкнуты, то катушка оказывается под линейным напряжением, протекает ток, замыкаются главные контакты К1 в цепи обмотки статора – подается напряжение на обмотку статора и двигатель начинает перемещать ЭПМ вправо. Замыкаются н. о. контакты пускателя К1 и размыкается н. з. контакт в цепи катушки пускателя К2.

После того, как ЭПМ достигнет правого положения, выступ ЭМ нажмет на рычаг путевого выключателя SQ1. При этом контакт SQ1 в цепи пускателя К1 размыкается , пускатель срабатывает и отключает двигатель от сети. Замыкается контакт К1 в цепи катушки пускателя К2 и размыкаются все н. о. контакты пускателя К1.

При нажатии на кнопку «ПУСК» SB2 так как все контакты в цепи магнитного пускателя К2замкнуты, то катушка оказывается под линейным напряжением, протекает ток, замыкаются главные контакты К2 в цепи обмотки статора – подается напряжение на обмотку статора и двигатель начинает перемещать ЭПМ влево. Замыкаются н. о. контакты пускателя К2.

После того, как ЭПМ достигнет левого положения, выступ ЭМ нажмет на рычаг путевого выключателя SQ2. При этом контакт SQ2 в цепи пускателя К2 размыкается , пускатель срабатывает и отключает двигатель от сети. Замыкается контакт К1 в цепи катушки пускателя К1 и размыкаются все н. о. контакты пускателя К2.

Тема 10. Комплексные работы

Монтаж схемы управления трехфазными асинхронными двигателями с помощью магнитных пускателей.

Магнитные пускатели устанавливаются вертикально по отвесу на силовых распределительных сборках, РЩ или отдельно на конструкциях, прикрепляемых к стенам, колоннам и т.п. При этом отклонения по вертикали допускаются не более 6 0 . Поверхность контактов пускателя осматривают после опробования его под нагрузкой, а в случае появления на ней напевов обрабатывают напильником. Смазывать контакты пускателя не допускается.

Размеры раствора, провала и нажатия главных и вспомогательных контактов проверяют и регулируют в соответствии с указаниями предприятий изготовителей.

Перед включением в работу у реверсивных магнитных пускателей тщательно проверяют работу блокировки, предотвращающей возможность одновременно включение силовых контактов прямого и обратного хода.

Рис. 1 – Схема управления трёхфазным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором с помощью нереверсивного магнитного пускателя.

Ц

Схема управления состоит из силовой цепи и цепи управления. В силовую цепь входит: автоматический выключатель QF, силовые контакты пускателя КМ, нагревательные элементы теплового реле КК1 и КК2, и электродвигателя М. Цепь управления включает в себя кнопки управления одноцепные SB1 и SB2 (SB1-кнопка «СТОП» и SB2-кнопка «ПУСК» с самовозвратом); катушка магнитного пускателя КМ, контакты теплового реле КК1 и КК2. Параллельно к кнопке SB2 включается блок контакта пускателя КМ. Кроме того через блок контакты пускателя включены лампы сигнализации HL1 b HL2. Защита электродвигателя осуществляется автоматом QF (защита от токов КЗ и перегрузок). Тепловое реле КК1 и КК2 защищают от токов перегрузки.

Для пуска двигателя включаем QF при этом загорается лампа HL2,которая сигнализирует о нерабочем состоянии двигателя. Затем нажимаем SB2 при этом подается напряжение на катушку пускателя КМ ( фаза С→QF1→SB1→SB2→катушка КМ→КК1 и КК2→N) срабатывает магнитный пускатель, который замыкает силовые контакты цепи двигателя и М пойдет вращаться в цепи управления замыкается блок контакт КМ шунтирующей кнопки пуск SB2 , то есть после отпускания кнопки SB2 напряжение на катушке не исчезает, дальнейшее питание катушки происходит через шунтирующий КМ (фаза C→QF→SB1→бл.п.KM→кат.КМ→кон.КК1→КК2→N). В цепи сигнализации размыкается контакт КМ в цепи лампы HL2 и замыкается блок контакт КМ в цепи HL1, который сигнализирует о работе двигателя.

Остановка – нажимаем кнопку SB1 при котором обесточивается цепь питания катушки КМ и схема возвращается в исходную. Шунтирующий КМ кнопки SB2 в рабочем состоянии осуществляет нулевую защиту, которая предотвращает самопроизвольный пуск при исчезновения и появления напряжения.

Рис. 2 — Схема управления трёхфазным асинхронным двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя с одноцепными кнопками.

Данная схема отличается от предыдущей схемы тем, что применяются два магнитных пускателя. Второй пускатель служит для изменения направления вращения двигателя (для реверса).Для пуска двигателя в обратную сторону, производится замена двух линейных провода А и С местами. Для исключения одновременного срабатывания пускателей служит блокировка, которая заключается в следующем: блок контакт (размыкающий) одного пускателя включается последовательно в цепь катушки другого пускателя (перекрестное включение блок контактов).

Рис. 3 – Схема управления трёхфазным асинхронным двигателем с помощью реверсивного магнитного пускателя с двухцепными кнопками.

Данная схема позволяет произвести реверс не выключая двигатель кнопкой SB1. Просто нужно нажимать кнопку SB2 или SB3. КМ1 и КМ2 являются блокирующими кнопок SB3 и SB2.

Рис. 4 – Схема управления двухдвигательных приводов с блокировочными связями.

Второй двигатель можно пустить в ход только после пуска первого двигателя.

При остановке первого двигателя второй также останавливается. Вторым двигателем можно управлять только при работающем первом двигателе.

Литература

1. Акимова М.А. «Монтаж, техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования»: учебное пособие для студентов среднего профессионального образования/М.А. Акимова, Н.Ф.Котелец, Н.Н.Синтерюхин.- М.: издательский центр «Академия» 2008.-304с.

2. Нестеренко В.М. «Технология электромонтажных работ» : учебное пособие для студентов среднего профессионального образования/ В.М.Нестеренко, А.М.Мысьянов, -М.: издательский центр «Акедемия»,2004.-592с.

3. Поляков Ю.Н. «Справочник электрика» издательство-Ростов-н/Д.: Феникс, 2010-373с.

4. Сибикин Ю.Д. «Справочник электромонтажника» : учебное пособие для начального профессионального образования/ Ю.Д.Сибикин.-М.: издательский центр «Академия», 2003-336с.

5. Суворин А.В. «Современный справочник электрика»/ А.В.Суворин-издательство – Ростов-н/Д.: Феникс, 2012-510с.

Автоматическое управление электроприводом

Основная функция автоматического управления электроприводом — запуск электродвигателя, остановка, торможение, реверсирование, поворот на определенный угол механизма в зависимости от времени или пути. В практике управления электроприводами известно большое количество схем, которые отражают многообразие требований, предъявляемых к электроприводу различных производственных машин. Однако различия в схемах часто не являются принципиальными, так как даже самые сложные из них представляют собой сочетание некоторого ограниченного числа стандартных узлов и простейших цепей, связывающих эти узлы.

1. Управление включением асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором

Схема управления с помощью магнитного пускателя (рис. 1). Магнитные пускатели широко применяют для пуска асинхронных электродвигателей мощностью до 75 кВт. Они обеспечивают дистанционный пуск, остановку, нулевую защиту и, с помощью теплового реле, защиту от перегрузок двигателя. При нажатии кнопки «Пуск» главные контакты ПМ включают двигатель; блок — контакты ПМ шунтируют кнопку «Пуск»; для отключения нужно нажать кнопку «Стоп».

Схема управления с помощью реверсивного магнитного пускателя (рис. 2). В тех случаях, когда в процессе работы необходимо изменять направление вращения электродвигателя, применяют реверсивные магнитные пускатели. Такой пускатель состоит из двух нереверсивных, помещенных в один кожух и имеющих блокировку (размыкающие контакты Н и В) от возможности одновременного включения главных контактов в цепи двигателя.

Для лучшей блокировки от возможности одновременного включения обеих пускателей применяются кнопки с нормально замкнутыми и нормально разомкнутыми контактами. При нажатии кнопки «Вперед» одновременно размыкаются контакты «Назад» (рис. 3).

Схема управления с динамическим торможением (рис. 4). Для быстрого торможения в обмотку статора подается постоянный ток. При нажатии кнопки «Стоп» отключается контактор П и включается контактор Т. С последним связано маятниковое реле, которое с выдержкой времени размыкает свой размыкающий контакт. Контактор Т отключает питание двигателя постоянным током.

Схема управления с переключением при пуске обмотки со «звезды» на «треугольник» (рис. 5). При нажатии кнопки «Пуск» включается линейный контактор КЛ и получает питание катушка реле времени РВ, размыкающий блок-контакт которого включает катушку контактора К3.

Рис. 1. Схема управления асинхронным электродвигателем при помощи магнитного пускателя

Рис. 2. Схема управления асинхронным электродвигателем при помощи реверсивного магнитного пускателя

Рис. 3. Схема управления реверсивным пускателем с блокировочными кнопками

Рис. 4. Схема управления асинхронным электродвигателем с динамическим торможением

При этом размыкается блок-контакт К3 в цепи катушки КТ. Двигатель разгоняется при включении обмоток цепи в «звезду». Через 5—10 с (в зависимости от установленной выдержки времени) размыкается замыкающий контакт реле времени РВ. Это приводит к отключению контактора К3 и включению контактора КТ. Одновременное включение контакторов К3 и КТ исключается размыкающим блок-контактом К3.

Рис. 5. Схема управления асинхронным электродвигателем с переключением при пуске обмотки статора со «звезды» на «треугольник»

Рис. 6. Электрическая схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем

Схема управления двухскоростным асинхронным электродвигателем (рис. 6). Конструкция многоскоростного асинхронного электродвигателя позволяет изменять число полюсов обмотки статора. Изменение числа пар полюсов меняет скорость вращения асинхронного электродвигателя. Для производственных механизмов, требующих две скорости вращения, отличающиеся в два раза, применяют двухскоростные асинхронные электродвигатели. Нажимая кнопку «Пуск», включают контактор К, который своими главными контактами подготавливает цепь включения статора двигателя. Воздействуя на кнопку

«Пуск медленно», включают контактор 1К, который подключает обмотку статора, соединенную в треугольник. Если необходимо увеличить скорость, нажимают кнопку «Пуск быстро». Образуется замкнутая цепь питания параллельно включенных катушек 2К и 3К. При этом число пар полюсов уменьшается вдвое, и электродвигатель вращается с большей скоростью.

Схема управления реверсивным двухскоростным электродвигателем (рис. 7). Нажатием кнопок «Пуск 1» или «Пуск 2» устанавливают необходимую частоту вращения при соединениях обмоток двигателя в «треугольник» или в «двойную звезду». Контакторы В или Н включаются нажатием кнопок

«Пуск вперед» или «Пуск назад». Двухцепные кнопки позволяют осуществить дополнительную блокировку, исключающую одновременное включение контакторов В, Н и 1К, 2К.

Торможение асинхронного электродвигателя противовключением (рис. 8). При торможении противовключением электродвигатель включается на время торможения в сеть с соединением обмоток статора с противоположным направлением вращения. При этом необходимо, чтобы двигатель отключился от сети в момент достижения скорости вращения, близкой к нулю.

Рис. 7. Схема управления реверсивным двухскоростным электродвигателем

Рис. 8. Торможение асинхронного короткозамкнутого электродвигателя противовключением

Для этого в цепь катушки контактора 2К включены замыкающие контакты реле контроля скорости РС, работающего от вала двигателя. При работе двигателя эти контакты замкнуты, а размыкающие контакты контактора 1К разомкнуты и контактор торможения 2К отключен. В режиме торможения, когда нажата кнопка «Стоп», катушка 1К обесточивается, электродвигатель отключается от сети. Одновременно размыкающий дополнительный контакт 1К замыкается и включает контактор торможения 2К. При достижении скорости, близкой нулю, реле РС срабатывает, его контакт отключает цепь питания контактора 2К и двигатель затормаживается.

Схема управления реверсивным электродвигателем с торможением противовключением и использованием реле контроля скорости (рис. 9). При нажатии кнопок «Вперед» или «Назад» замыкаются соответственно цепи катушек контакторов В или Н, срабатывают их контакты, статор двигателя подключается к сети, ротор начинает вращаться.

Рис. 9. Схема управления реверсивным электродвигателем с торможением противовключением

Одновременно с началом вращения приводится в действие вал реле контроля скорости и замыкаются соответствующие контакты реле РКСВ или РКСН, которые подготавливают цепи катушек контакторов «Вперед» или «Назад» к работе (при работе двигателя в режиме «Вперед» подготавливается к работе цепь катушки контактора

«Назад», и наоборот). При остановке двигателя, когда нажата кнопка «Стоп», разрывается цепь работающей катушки («Вперед» или «Назад»), главные контакты отключают двигатель от сети, а блок-контакты замыкают цепь катушки контактора «Назад» в том случае, когда двигатель работал вращаясь «Вперед», и наоборот. Таким образом, двигатель переключается в реверсивный режим, однако по инерции продолжает вращаться в прежнем направлении, работая в тормозном режиме противовключения. Из-за действия тормозного момента частота вращения ротора постепенно снижается и при достижении частоты, близкой к нулю, контакты реле контроля скорости размыкают цепи катушек контакторов

«Вперед» или «Назад» и отключают статор двигателя от сети.

2. Управление электроприводами с асинхронными электродвигателями с фазным ротором

Схема управления в функции времени (рис. 10). Эта схема является типичной для двигателей длительного режима с использованием маятниковых реле времени. При нажатии кнопки «Пуск» включается контактор Л. При включении контактора Л начинает работать маятниковое реле, которое через заданный промежуток времени включит своими контактами контактор 1У. Далее процесс повторяется. Замыкающий блок-контакт Л (1—2) предназначен для облегчения работы контактов маятникового реле.

Схема управления в функции времени с несколькими реле времени (рис.11).

Рис. 10. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции времени

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором пускают с помощью пусковых реостатов, состоящих из нескольких ступеней, включаемых в фазы обмоток ротора.

При нажатии на кнопку «Пуск» катушка магнитного пускателя ПМ получает питание, и электродвигатель включается на полное сопротивление пускового реостата. Одновременно включается реле времени 1РВ, которое через выдержку времени, достаточную для разгона двигателя на этой ступени, включает контактор 1К, и он своими контактами закорачивает первую ступень пускового реостата. Блок-контакты контактора блокируют катушку 1К и отключают реле времени 1РВ.

Включается одновременно с катушкой 1К реле времени 2РВ, которое через заданную выдержку времени включает второй контактор 2К, а он отключает вторую ступень пускового реостата. Третья ступень пускового реостата отключается аналогично.

Необходимо обеспечивать выбор правильных выдержек времени реле 1РВ, 2РВ и 3РВ. Чрезмерно большие выдержки времени затягивают процесс пуска, а заниженные — не обеспечивают разгон до нужной скорости и вызывают повышенные броски тока. При нажатии на кнопку «Стоп» электродвигатель отключается, и все ступени пускового реостата включаются по фазам ротора.

Схема управления в функции тока (рис. 12). В роторную цепь включены катушки токовых реле ускорения 1РУ, 2РУ, 3РУ, настроенные на срабатывание при токах I1РУ, I2РУ, I3РУ. Контактор 1У включается при спаде силы пускового тока в роторной цепи до значения, соответствующего уставке реле 1РУ.

Рис. 11. Электрическая схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором

При большей силе тока в цепи ротора размыкающий контакт 1РУ будет разомкнут. Реле ускорения 2РУ и 3РУ, контакторы 2У и 3У работают так же. Из-за возможности вибраций размыкающих контактов реле ускорения 1РУ, 2РУ и 3РУ предусмотрено их шунтирование размыкающими блок-контактами 1У, 2У и 3У. Реле блокировки РБ создает выдержку времени, пока сила тока в роторной цепи не достигнет значения, при котором сработает реле ускорения.

Схема управления в функции частоты (рис. 13). Работа этой схемы обеспечивается с помощью частотных реле 1ЧР, 2ЧР и 3ЧР, катушки которых включены в цепь ротора. Магнитный поток реле создается совместным действием магнитодвижущих сил катушки и короткозамкнутого витка (гильзы). При пуске, т.е. при большой частоте переменного тока в роторе двигателя, размагничивающее действие тока, протекающего по витку, будет велико, и магнитный поток реле будет относительно мал. При уменьшении частоты тока в роторе магнитный поток реле возрастает, так как происходит уменьшение тока в короткозамкнутом витке. При каком-то определенном значении частоты якорь притягивается и замыкает контакты реле частоты (1ЧР, 2ЧР и 3ЧР) в цепи контактора ускорения (1У, 2У и 3У). При оживлении током катушки контактора ускорения происходит шунтирование его контактами соответствующей ступени пускового сопротивления, включенного в цепь ротора. Частотные реле должны быть настроены на определенные частоты.

Рис. 12. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции силы тока

Рис. 13. Схема управления асинхронным электродвигателем с фазным ротором в функции частоты

Векторное управление

Правильно выбранный способ управления электроприводами переменного тока значительно снижает потребление электроэнергии, повышает к.п.д. и дает ощутимый технический и экономический эффект.

Синхронные и асинхронные машины управляются по 2 основным законам: скалярным и векторным. Суть последнего способа – контроль амплитуды и частоты питающего напряжения как при скалярном управлении, а также фазы. То есть, регулируется не только скалярная величина контролируемых характеристик, но и их векторная составляющая.

Векторный способ позволяет изменять скорость вала и момент одновременно, значительно увеличивает точность регулирования во всем диапазоне, уменьшает потери на намагничивание и нагрев, обеспечивает плавное вращения ротора без рывков на небольших скоростях. Метод также позволяет подстраивать момент на валу при переменной нагрузке без изменения частоты вращения.

На схеме представлена типовая схема векторного управления электроприводом, где:

• АД – электрический двигатель.
• БРП – блок регуляторов суммирования входных сигналов и сигналов обратной связи.
• БВП – блок вычисления и преобразования импульсов обратной связи.
• БЗП – задающий блок.
• ДС – датчик скорости вала электродвигателя.
• АИН ШИМ – блок амплитудно-импульсной или широтно-импульсной модуляции частоты питающего напряжения.

Принцип ее работы основан на контроле сцепления магнитных потоков ротора и статора. На блок регуляторов БРП и поступают заданные сигналы момента и потокосцепления и импульсы с контура обратной связи. Далее в задающем блоке БЗП они преобразуются в импульсы, регулирующие работу ШИМ или АИМ. На обмотки электродвигателя поступает напряжение заданной частоты и величины. Датчик скорости ДС считает количество оборотов вала ротора в единицу времени и подает сигнал на блок регуляторов БРП. В нем осуществляется суммирование фазовых составляющих заданных сигналов и импульсов обратной связи. В результате на задающий блок БЗП поступает интегрированный сигнал с учетом фактической скорости и момента на валу электродвигателя.

Классификация методов векторного управления

Со времен появления первых управляемых электроприводов переменного тока было предложено много способов регулирования скорости ротора и момента на валу. Наиболее массовое применение нашли методы линейного и нелинейного регулирования.

Первый способ применяют в схемах с широтно-имульсной модуляцией. При этом вектор напряжения обмоток статора определяется как усредненное значение за период дискретизации. При линейном регулировании используется пространственно векторная модуляция, регулятор (ПИ) работает с усредненными величинами за период дискретизации сигналов, в то время как нелинейный метод подразумевает обработку мгновенных величин сигналов.

К линейному способу регулирования относятся:

• Полеориентированное управление или ПОУ (англ. FOC ).
• Прямое управление моментом с пространственно-векторной модуляцией напряжения или ПУМ-ПВМ (англ. DTC-SVM ).
• Прямое управление моментом с пространственно векторной модуляцией потока или ПУМ-ПВМП (англ. DTC-FVM).

Обработка средних значений позволяет снизать частоту выборки в линейных схемах до 2-5 кГц. При применении нелинейного метода эта величина составляет до 40 кГц. К таким способам относят:

• Прямое управление моментом с таблицей включения или ПУМ.
• Прямое самоуправление ПСУ.
• Адаптивное прямое управление моментом.

Нелинейное управление позволяет упростить схему, не требует установки датчика положения. Такой способ также отличает отсутствие необходимости выполнять преобразование Парка, отдельную модуляцию напряжения, вводить в топологию контуры тока. Приводы с нелинейным управлением обладают отличными динамическими характеристиками.

К недостаткам метода относят наличие широкоспекторных шумов, значительных пульсаций момента и тока, обусловленных переменной частотой переключения ключей, высокие требования к точности определения вектора магнитного потокосцепления статора и момента.

Полеориентированное управление (ПОУ, FOC )

Полеориентированное управление – метод раздельного контроля магнитного поля и момента. Такой способ применяют в схемах привода с асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором (АДКР) и синхронными электрическими машинами на постоянных магнатах (СДПМ). Метод аналогичен управлению электродвигателями постоянного тока с независимым возбуждением и механической коммутацией.

Главная особенность таких машин – разделенные обмотки возбуждения и якоря. Потокосцепление регулируется током возбуждения статора, изменение момента осуществляется регулировкой тока вращающейся части.

Бесщеточные электрические машины с короткозамкнутым ротором и постоянными магнитами имеют 3-фазные обмотки неподвижной части, потокосцепление и момент зависят от величины и фазы тока статора. Токи возбуждения и ротора объединены. Таким образом, их величины и фазы нельзя изменять независимо друг от друга.

Ток в таких двигателях можно разложить на 2 составляющие: продольную Isd и поперечную Isq. От амплитуды и фазы Isd зависит поле, от значений Isq зависит момент на валу.

В такой системе управление двигателем переменного тока аналогично управлению электрической машиной с независимым возбуждением. Регулирование может быть осуществлено инвертором с широтно-импульсным модулятором, пропорционально-интегральным регулятором и пространственно-векторной модуляцией напряжения.

При этом мгновенные значения тока неподвижной части преобразовываются при помощи преобразования Парка для адаптации к системе координат вращения ротора с учетом сигналов датчика положения вращающейся части. Поле изменяется путем регулирования продольной компоненты Isd, момент – регулировкой поперечной составляющей Isq.

Для определения векторов опорных напряжений в схеме применяется вычислительный блок, осуществляющий обратное преобразование Парка.

Для получения данных о положении вала используется датчик, интегрированный в двигатель. Также возможно полеориентированное управление по косвенным данным. В этом случае положение ротора вычисляется на основании сигналов со счетчика оборотов или измерений других параметров.

Прямое управление моментом с пространственно-векторной модуляцией напряжения

Общая схема прямого управления с ПВМН (пространственно-векторной модуляцией напряжения) представлены на рисунке.

Схемы реализованы по подчиненному принципу, то есть внешний контур регулирует момент, внутренний – потокосцепление статора. Вектор управляющего напряжения uz формируется через векторы потокосцепления ψ и момента М, то есть, он состоит из опорных составляющих напряжения статора.

С выхода регулятора момента подается команда на изменения угла положения ротора, частоты его вращения. В таких схемах момент и потокосцепление регулируются в замкнутых контурах напрямую, что предполагает точное определение пространственных величин потока и момента. Схема с пространственно-векторной модуляцией напряжения работает на постоянной частоте переключений. Это позволяет осуществлять пуск двигателя на низкой скорости, снижает пульсации потока и момента. К недостаткам относятся некоторое ухудшение динамических характеристик.

Нелинейные регуляторы момента

Вторая группа методов векторного управления – нелинейные. В отличие от полеориентированного управления, где используется регулирование по аналогии с коллекторными электрическими машинами постоянного тока с независимым возбуждением, нелинейный способ предлагает непрерывное управление по аналогии с полупроводниковыми устройствами и инверторами.

Прямое управление моментом

Схема прямого управления моментом с таблицей включений была разработана в 1984 году. Суть метода – задание вектора напряжения для одновременного регулирования момента и сцепления магнитных потоков.

Реализация такого способа управления значительно проще схем, ориентированных по полю. При этом отпадает необходимость определять положение вала и преобразовывать неподвижную систем координат во вращающуюся и обратно.

Один из вариантов схем прямого управления моментом с таблицей ограничения включений представлен на рисунке.

Управление осуществляется по двум каналам: частоты вращения, потокосцепления.

На входе есть задатчик интенсивности (ЗИ), который обеспечивает ограничение ускорения при изменении скорости. Это необходимо для снижения тока на инверторе напряжения (АИН). При ускорении ограничитель ЗИ уменьшает значение тока инвертора АИН. При снижении частоты вращения – рассеивание избыточной мощности или ее возврат в сеть. Как и в системе с пространственной модуляцией для уменьшения перерегулирования на выходе ЗИ нужен апериодический фильтр (Ф). Пропорционально-интегральный регулятор скорости (РС) дает команду на задание момента, который ограничивается нелинейным звеном насыщения.

Определение потокосцеплений статора и ротора осуществляется в блоке НП (адаптивный наблюдатель). В него поступают сигналы о текущих значениях токов и напряжении статора, которые преобразуются в проекции.

Идентификатор напряжения (ИН) служит для определения фазы напряжения статора по состоянию ключей инвертора и его выходному напряжению. На основании полученных пространственные значений вычисляются координаты векторов, а также величины момента и скорости вращения.

Сигналы задания момента и потокосцепления сравниваются с фактическими текущими значениями. Регуляторы РМ и РП с непрерывными характеристиками определяют величину ошибки и формируют сигнал, поступающий на селективный блок вектора напряжения (СВН), с которого управляются ключи инвертора.

Схема прямого управления моментом с таблицей отключений обеспечивает динамическое изменение момента на малых скоростях, включая нулевую угловую частоту, допустимое отклонение скорости не более 10% без датчика и около 0,01% с датчиком, скорость отработки задания момента не более 2 мс.

Прямое самоуправление моментом

Метод самоуправления отличают хорошие динамические характеристики во всех значениях вектора магнитного поля, относительно невысокая частота переключения ключей инвертора, несинусоидальная форма потокосцепления и тока обмотки неподвижной части двигателя, шестиугольная траектория движения вектора потокосцепления.

Регулятор потокосцепления выдает сигналы dA, dB и dC на основании заданного значения потокосцепления статора ψs и текущих фазовых компонентов ψsA, ψsB и ψsC. Сигналы с регулятора соответствуют напряжениям, подаваемым на инвертор.

Сигнал с регулятора момента dM определяет нулевое состояние напряжения, регулятор потокосцепления – длительность активных состояний.

Заключение

Каждый метод управления электроприводом переменного тока имеет свои достоинства и недостатки. Способ выбирают, исходя из технических требований к оборудованию, а также экономических критериев.