2.1.4 Замкнутые системы частотного управления

Как уже отмечалось ранее, под системами частотного управления мы понимаем системы, обеспечивающие заданный статизм и перегрузочную способность асинхронного электропривода. Во многих случаях эти требования реализуются разомкнутыми системами за счет введения определенной функциональной зависимости между каналами управления выходной частотой и напряжением преобразователя частоты. Если же это невозможно, то используют замкнутые системы управления с различными сигналами обратной связи (рис. 1). Таким сигналами могут быть ток и ЭДС статора (), основной магнитный поток АД (Ф), частота вращения () и абсолютное скольжение ().

Выбор сигнала обратной связи определяется множеством условий: характером нагрузки, техническими требованиями к приводу, возможностью использования сигналов, формируемых в других контурах управления. Создание обратной связи по магнитному потоку в зазоре требует установки датчиков Холла; по ЭДС статора – укладки измерительной обмотки (витков) в пазы статора. Сигналы абсолютного скольжения и частоты вращения требуют установки тахогенератора, что чаще всего оправдано только в случае необходимости использования обратной связи по скорости для получения заданного статизма механических характеристик. Наиболее доступным сигналом для частотного управления является ток статора, и именно он используется в большинстве приводов широкого применения.

В конечном счете, выбор сигнала управления создает некоторые особенности характеристик привода, не влияя на основные свойства, вытекающие из физических принципов преобразования энергии в АД. Рассмотрим их применительно к частотному управлению.

Известно, что механические характеристики АД при постоянном значении напряжения статора существенно нелинейны. Это связано с тем, что изменение нагрузки на валу вызывает изменение токов ротора и статора и связанных с ними магнитных потоков, создающих электромагнитный момент двигателя. Однако при питании от регулируемого источника можно создать такой закон изменения напряжения, при котором тот или иной магнитный поток машины будет стабилизирован. Тогда механические характеристики двигателя изменят свои параметры или даже обретут иной вид.

Запишем уравнения статора и ротора АД в статическом режиме и представим потокосцепления через основное потокосцепление и потокосцепления рассеяния

.

На рис. 2 а представлена схема замещения, соответствующая этим уравнениям. Из нее следуют очевидные равенства

      (1)

Пусть . Тогда уравнение (1-1) для модулей можно представить в виде

.                 (2)

Очевидно, что оно справедливо только, если относительное напряжение и частота связаны между собой постоянным коэффициентом, т.е. . В этом случае стабилизация потокосцеления статора эквивалентна стабилизации напряжения  или, что тоже самое, подключению источника питания к точкам  схемы замещения. Тем самым устраняется или компенсируется влияние на электромагнитные процессы в АД падения напряжения на . Поэтому этот закон управления называется -компенсацией. Реализовать компенсацию можно введением положительной обратной связи по току статора.

Второй закон изменения напряжения в замкнутой системе можно получить полагая постоянным основной магнитный поток. В этом случае можно получить соотношения аналогичные (2), если в них заменить  на  и вместо  ввести относительное напряжение . Этот закон управления соответствует компенсации импеданса статорной обмотки и называется -компенсацией. Очевидно, такой режим означает также стабилизацию ЭДС статора, что позволяет получить характеристики АД исключением  и  из схемы замещения. Стабилизировать рабочий поток АД можно, используя сигналы тока и ЭДС статора, а также сигналы датчиков, измеряющих поток в зазоре. Можно также оценить поток, используя мгновенные значения напряжения и тока статора в соответствии с уравнением (1-2). Однако все реализации режима -компенсации существенно сложнее и применяются в технически и экономически обоснованных случаях.

Механическую характеристику, соответствующую управлению с постоянным потоком ротора  можно получить, полагая скомпенсированными ,  и . Тогда

,

т.е. в этом случае характеристика становится линейной и ограничивается только режимом насыщения магнитопровода.

Максимальные моменты всех характеристик определяются уровнем стабилизированного напряжения в соответствующих точках схемы замещения. Если принять для рассмотренных законов приближенное равенство , то механические характеристики будут иметь вид, представленный на рис 2 б.