15. Автоматическое регулирование момента ад с короткозамкнутым ротором при питании его от пч с аин

Необходимость автоматического регулирования момента обоснована в теме 6. Кроме того контур регулирования момента входит как подчиненный контур в САР частоты вращения. Введение подчиненного регулирования позволяет обойтись без Д-части в регуляторе скорости.

При частотном управлении моментом АД ставят целью поддержать постоянным либо потокосцепление Ψ₁ статора (в АЭП с АИН), либо потокосцепление Ψ₂ ротора (в АЭП с АИТ). Реализация таких управлений позволяет получить механические характеристики АЭП с ПЧ вида

М=С_М(ω₁ -р_Пω) = С_М р_П (ω₀ –ω), (15.1)

где С_М – постоянный коэффициент; ω₁ – частота питающего напряжения;

ω₀ – синхронная частота вращения поля статора; ω – частота вращения ротора; р_П – число пар полюсов статора АД.

Эти характеристики подобны механическим характеристикам ДПТ

(15.2)

На рабочем участке механическая характеристика АД описывается приближенным выражением

(15.3)

При питании АД от ПЧ с АИН можно независимо изменять величину U₁ и частоту ω₁ напряжения статора. Найдем законы изменения U₁ и ω₁, при которых будет Ψ₁=const. Из уравнения статора для установившегося режима получаем

(15.4)

Если пренебречь малым значением падения напряжения R₁I₁ на активном сопротивлении R₁ обмотки статора, то условие постоянства Ψ₁ достигается при пропорциональном изменении U₁ и ω₁

(15.5)

Соотношение (15.5) показывает, что сигналы задания для контуров регулирования величины U₁ и частоты ω₁ напряжения в схеме АЭП должны быть прямо пропорциональными друг другу. При законе регулирования (15.5) критический момент М_КР у всех характеристик АД один и тот же (13.6). Поэтому при питании АД с условием Ψ₁=const его механическая характеристика (15.3) подобна (15.1).

Функциональная схема САР момента при питании АД от ПЧ с АИН приведена на рис.15.1. Применить в схеме классическую отрицательную обратную связь по моменту (рис.15.2) невозможно из-за отсутствия надежных и дешевых датчиков момента промышленного применения. Вместо обратной связи по моменту в схеме применена положительная обратная связь по скорости с сигналом u_ОСС. Датчиком частоты вращения является тахогенератор ТГ. С такой нестандартной обратной связью при определенных соотношениях между параметрами звеньев автоматики оказывается возможным управление моментом так, чтобы механическая характеристика АЭП имела вид (15.1).

Для доказательства этого примем:

- регулятор момента РМ П-типа с коэффициентом передачи k_РМ ;

- коэффициент обратной связи по скорости k_ОСС ();

- коэффициент передачи АИН для канала частоты k_АИН ();

- коэффициент передачи управляемого выпрямителя (УВ) для канала напряжения k_УВ ().

Пропорциональность значений U₁ и ω₁ обеспечивается блоком канала задания напряжения с коэффициентом передачи k_ЗН, который найдем из системы

откуда (15.6)

На основании рис.15.1 можно записать

(15.7)

Выберем коэффициенты k_РМ, k_ОСС и k_АИН такими, чтобы было справедливо равенство . Подставляя его в выражение (15.7), получим

(15.8)

Последнее уравнение из (15.8) имеет вид подобный (15.3) и, поэтому, сигнал u_ЗМ действительно является сигналом задания момента АД. Коэффициент пропорциональности k_ЗМ между М и u_ЗМ находим делением (15.5) на (15.8)

(15.9)

После подстановки в последнюю формулу (15.9) значения u_ЗМ из последней формулы (15.8) получим механическую характеристику АЭП

(15.10)

Регулирование момента получилось астатическим с нулевой ошибкой регулирования, так как момент М пропорционален сигналу задания u_ЗМ независимо от частоты вращения ω АД (15.9). Механические характеристики получились идеальными (рис.15.3), у которых M=const. Частота вращения ω АД при заданном моменте М определяется частотой ω₀ вращения поля статора или частотой ω₁ напряжения питания АД (15.10).

Недостатком рассмотренной САР момента является то, что на малых частотах вращения поддержание постоянства потокосцепления Ψ₁ статора обеспечением простой пропорции (15.4) нельзя, так как нельзя пренебрегать членом R₁I₁ в (15.3). Поэтому на малых частотах вращения механические характеристики АЭП будут отличаться от приведенных на рис.15.3.