11.4. Системи векторного керування частотно-регульованого електропривода

Суть векторного керування полягає у прямому керуванні миттє-вим значенням електромагнітного моменту. Це дає можливість створювати системи частотно-регульованого електропривода з ви-соким динамічним показниками, які не гірші, ніж в системах керу-вання двигуном постійного струму незалежного збудження.

Електромагнітний момент двигуна постійного струму . Магнітний потік і струм є незалежним, бо живляться від окремих джерел. При момент залежить тільки від струму, що дає можливість створювати системи з високими регульованими ди-намічними показниками за рахунок відповідного регулювання стру-му.

В асинхронному двигуні струм статора має складову, яка ство-рює магнітний потік (струм намагнічування). При скалярному керу-ванні електромагнітний момент є функцією напруги, що прикладає-ться до статора (при живленні від джерела напруги), або струму (при живленні від джерела струму). Керування магнітним потоком і моментом на відміну в двигуна постійного струму не є роздільним, що не дає змоги отримати високі динамічні показники.

Електромагнітний потік АД може формуватися за рахунок впли-вів на абсолютні значення векторів потокозчеплення статора , основного потокозчеплення , потокозчеплення ротора , стру-мів статора і ротора , а також фазових кутів зсуву між ними. Від того, які вектори вибрані в якості регульованих, залежить принцип побудови і технічна реалізація системи керування електро-приводом.

Інформація про біжучі значення і просторове положення векто-рів змінних АД може бути отримана як прямим вимірюванням за допомогою відповідних давачів, так і посередньо на основі матема-тичної моделі АД. Системи з прямим керуванням потребують вста-новлення спеціальних давачів вимірювання магнітних потоків, що ускладнює конструкцію двигуна. Тому перевагу віддають керуван-ню за математичною моделюю, яку технічно просто реалізувати на базі мікропроцесора.

При векторному керуванні АД може живитись як від автономно-го інвертора напруги, так і від автономного інвертора струму. Ва-ріант частотно-струмового керування найбільше використовується, оскільки при регулюванні струму незалежно від частоти забезпе-чується регулювання і моменту. Це не тільки спрощує схему керу-вання, але і дозволяє обмежити нагрівання двигуна.

У загальному випадку системи векторного керування асинхрон-ним електроприводом повинна забезпечити регулювання і стабіліза-цію моменту та швидкості двигуна.

Спосіб керування двигуном залежить від вибору формули обчис-лення моменту. Так при визначенні моменту за формулою

(11.10)

в якості регульованих будуть вибрані вектори і . Тоді одер-жимо систему векторного керування з орієнтацією за основним потокозчепленням. Для реалізації даної системи необхідно вимірю-вати вектор потокозчеплення за допомогою давача Хола, що ускладнює конструкцію двигуна.

Якщо визначення моменту проводити за формулою

, (11.11)

то регульованими будуть вектор потокозчеплення ротора та вектор струму статора і тоді матимемо систему векторного ке-рування з орієнтацією за вектором потокозчеплення ротора. Особливістю даної системи керування є те, що визначити вектор можна лише розрахунковим шляхом на основі моделі АД. Таку систему вперше реалізувала фірма Simens.

У цій системі АД живиться від перетворювача частоти на основі автономного інвертора напруги. Система керування має два зовніш-ні контури керування: модуля потокозчеплення і кутової швид-кості , і два внутрішні контури: контури регулювання складових струму статора і в осях х і у в ортогональній системи координат, яка рухається з синхронною швидкістю .

Сигнал задання потокозчеплення ротора розраховується спеціальними мікропроцесором на підставі математичної моделі АД і введених в нього реальних параметрів двигуна: активного і реакти-вного опорів обмоток статора і ротора, числа пар полюсів, номіналь-льних значень потужності, швидкості, напруг, струмів статора, час-тоти живлення і ККД. Для вимірювання біжучих значень швидкос-ті, потокозчепленням ротора і фазних струмів використовуються давачі швидкості, потокозчеплення і струмів.

Влаштування давача магнітного потоку ускладнює конструкцію двигуна. Тому в сучасних і найбільше досконалих системах частот-ного регулювання асинхронного електропривода використовують інформацію про вектори потокозчепленням статора чи ротора отри-мують розрахунковим шляхом на підставі математичної моделі дви-гуна.