Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Электрическая схема нереверсивного управления асинхронным двигателем

2.3. ТИПОВЫЕ УЗЛЫ СХЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

На рис. 2.8 приведены электрические схемы узла управления пуском в функции времени двигателей с фазным ротором. Узел на рис. 2.8, а предполагает использование аппаратуры переменного тока, например, реле времени РУ1 и РУ2 с часовым механизмом или маятниковых, пристраиваемых соответственно к контакторам КЛ и КУ1, или со своим электромагнитом. Реле имеют выдержку времени при срабатывании. Реле РУ1 начинает отсчет выдержки времени после включения контактора КЛ, реле РУ2 — после включения контактора КУ1.

Таким образом, после нажатия на кнопку КнП и включения контактора КЛ реле РУ1 и затем РУ2 с определенными выдержками времени замыкают свои контакты и включают контакторы ускорения КУ1 и КУ2. Последние закорачивают сопротивления Rдоб.1 и Rдоб.2 пусковых ступеней. Ход процесса пуска здесь в принципе тот же, что и для двигателя постоянного тока.

При большой частоте включений двигателя используют контакторы переменного тока с катушками постоянного тока и электромагнитные реле времени постоянного тока. В этом случае цепи управления выпол­няют по схеме, аналогичной схеме изображенной на рис. 2.2.

Для особо напряженных режимов работы коммутация статорных цепей осуществляется при помощи контакторов постоянного тока в двухполюсном исполнении. Катушки контакторов КЛ1 и КЛ2 при этом соединяют­ся параллельно.

Примене­ние двух двухполюсных контакторов вместо трех однополюсных исключает режим работы двигателя на двух фазах при обрыве в цепи катушки одного из контакторов.

На рис. 2.9 изображена схема узла, обеспечиваю­щего динамическое тормо­жение асинхронных двигателей с управлением в функ­ции времени. Узел применяют при отсутствии сети постоянного тока, поэтому обмотки статора двигателя питаются через выпрямитель Вм с трансформатором Тр. В схеме используют аппараты переменного тока. Особенностью схемы является использование реле времени РДТ — маятникового типа, которое пристроено к контактору динамического торможения КДТ. У двигателя с фазным ротором при торможении в цепь ротора вводится добавочное сопротивление Rдоб обычно равное сопротивлению пускового реостата Rдоб п (на рисунке этот реостат условно показан в виде одной ступени, управ­ляемой контактором КУ и реле РУ , штриховые линии).

Рис. 2.8. Схема управления пуском асинхронного двигателя

с фазным ротором в функции времени

При работе двигателя включены контакторы КЛ и КУ. Нажатие на кнопку КнС вызывает отключение этих контакторов и введение и цепь ротора сопротивления Rдоб п. Вместе с тем замыкающий кон­такт кнопки КнС создает цепь включения контактора КДТ. Последний срабатывает, главными контактами присоединяет две фазы статора питателя к выпрямителю Вм. Двигатель переходит в режим динамического торможения. Реле времени РДТ, отсчитав выдержку времени, установленную для процесса торможения, своим контактом отключает контактор КДТ. Торможение заканчивается.

При наличии сети постоянного тока обмотки статора питаются непосредственно от этой сети через добавочное сопротивление и два замыкающих главных контакта контактора КДТ. При большой частоте включений применяют аппаратуру постоянного тока. В этом случае схема цепей управления ничем не отличается от схемы на рис. 2.5.

Рис. 2.9. Схема управления динамическим торможением асинхронного двигателя

с фазным ротором в функции времени

На рис. 2.10 приведены схемы узлов, используемых при торможе­нии противовключением асинхронных короткозамкнутых двигателей, в которых управление тормо

жением осуществляется в функции скорости двигателя с ее прямым контролем при помощи реле РКС (например с помощью индукционного реле контроля скорости).

Схема на рис. 2.10, а обеспечивает управление процессом торможения нереверсивного двигателя при его остановке. Во время работы двигателя включен контактор КЛ. После нажатия на кнопку КнС выключается контактор КЛ и включается контактор К

Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором

Асинхронный двигатель с фазным ротором (рис. 258 и 259) применяют для привода таких машин и механизмов, которые пускаются в ход под нагрузкой (краны, лифты и пр.). В подобных приводах двигатель должен развивать при пуске максимальный момент, что достигается с помощью пускового реостата (см. § 80).

В двигателе с фазным ротором статор выполнен так же, как и в двигателе с короткозамкнутым ротором. На роторе же расположена трехфазная обмотка, состоящая из трех, шести, девяти и т. д. катушек (в зависимости от числа полюсов машины), сдвинутых одна относительно другой на 120° (в двухполюсной машине), 60° (в четырехполюсной) и т. д. Числа полюсов обмоток статора и ротора берутся одинаковыми.

Рис. 258. Электрическая схема асинхронного двигателя с фазным ротором (а) и его условное графическое изображение (б): 1 — статор; 2 — ротор; 3 — контактные кольца со щетками; 4 — пусковой реостат

Рис. 259. Основные конструктивные узлы асинхронного двигателя с фазным ротором: 1 — приспособление для подъема щеток; 2, 12 —- подшипниковые щиты; 3 — щеткодержатели; 4 — траверса; 5 — обмотка статора; 6 — остов; 7 — сердечник статора; 8 — коробка с выводами; 9 — сердечник ротора; 10 — обмотка ротора; 11 — контактные кольца

Обмотку фазного ротора обычно соединяют «звездой». Концы ее присоединяют к трем контактным кольцам, к которым посредством щеток подключают трехфазный пусковой реостат, т. е. в каждую фазу ротора в момент пуска вводят дополнительное активное сопротивление.

Читать еще:  Что такое мочевина для дизельного двигателя

Для уменьшения износа контактных колец и щеток двигатели с фазным ротором иногда снабжают приспособлениями 1 (см. рис. 259) для подъема щеток и замыкания колец накоротко после выключения реостата.

Схема управления асинхронным двигателем с фазным ротором

Схема включает АД с фазным ротором, типовую панель управления серии ПДУ6220, пускорегулирующие реостаты RД и реостат динамического торможения RДТ, а также командоаппарат SA.

Схема обеспечивает пуск АД в две ступени в функции независимой выдержки времени, автоматическое динамическое торможение, максимальную защиту АД (реле тока FA1 — FA3), защиту от самозапуска.

Командоаппарат SA, имеющий нейтральное положение 0 и три равнозначных положения влево и вправо (1, 2, 3), позволяет выбрать режимы работы. В нейтральной позиции 0 реле KV включено и обеспечивает готовность ЭП к пуску. При переводе SA в любое положение (1, 2, З) включается линейный контактор КМ2 и на статор М подается напряжение. Одновременно включается КМ5, включающий катушку тормозного электромагнита, который растормаживает вал АД. Получает питание реле времени КТ3, обеспечивающее выдержку времени при динамическом торможении.

Автоматический пуск в функции времени при переводе SA, например, в положение 3 происходит благодаря последовательному шунтированию пусковых ступеней контакторами КМЗ и КМ4. Выдержки времени на их включение обеспечиваются реле времени КТ1 и КТ2.

Автоматическое динамическое торможение обеспечивается при переводе рукоятки SA в положение 0. При этом КМ2 и КМ5 отключаются, КМ1 включается и на статор подается постоянное напряжение. По истечении выдержки времени торможения реле КТ3 отключается и отключает контактор КМ1. Одновременно катушка тормозного электромагнита теряет питание, осуществляется механическое торможение.

В настоящее время, на долю асинхронных двигателей приходится не менее 80% всех электродвигателей, выпускаемых промышленностью. К ним относятся и трехфазные асинхронные двигатели.

Трехфазные асинхронные электродвигатели широко используются в устройствах автоматики и телемеханики, бытовых и медицинских приборах, устройствах звукозаписи и т.п.

Схема реверсивного пуска двигателя

В современной промышленности и в сельскохозяйственной сфере самое широкое применение нашли трехфазные асинхронные электрические двигатели. Они используются в различных станках, в качестве электропривода, в транспортерах, подъемных механизмах, насосах и вентиляторах. Такие же двигатели, имеющие небольшую мощность, часто применяются для автоматических устройств.

  1. Особенности асинхронных двигателей
  2. Реверсивный пуск двигателя
  3. Управление реверсивным пуском

Особенности асинхронных двигателей

Многие несомненные достоинства сделали трехфазные асинхронные двигатели чрезвычайно популярными. Их отличает высокая надежность, они очень просты в эксплуатации и техническом обслуживании, могут работать в прямом подключении к сетям переменного тока.

Очень часто во время рабочих процессов возникает такая ситуация, когда необходимо обязательно изменить направление вращения вала на противоположное. Именно для таких случаев используется схема реверсивного пуска двигателя, совместно с которой применяются дополнительные электрические приборы. Без этих дополнительных устройств, невозможна нормальная реверсивная работа электродвигателя. Для этой схемы используются контакторы в количестве двух единиц, вводное автоматическое устройство, имеющее необходимые параметры, одно тепловое реле и три кнопки управления, входящие в кнопочный пост.

Реверсивный пуск двигателя

Для того, чтобы изменить направление вращения вала на противоположное, в обязательном порядке должно быть изменено расположение фаз напряжения, которое подается при питании асинхронного двигателя. Именно для этого и применяется схема реверсивного пуска двигателя, позволяющая полностью выполнить эту функцию.

Кроме того, необходимо осуществлять постоянный контроль над значением напряжения, подводимого к двигателю, а также за напряжением, поступающим к катушкам контакторов. Именно контакторы непосредственно участвуют в организации реверсивного движения вала. При срабатывании первого контактора, фазы будут располагаться совершенно иначе, нежели при включении второго контактора.

Управление реверсивным пуском

Управление катушками обоих контакторов осуществляется тремя кнопками с наименованиями «стоп», «вперед» и «назад». Эти кнопки позволяют связать расположение фаз с питанием контакторных катушек. В зависимости от очередности включения, контакторы производят замыкание электрической цепи таким образом, что вращение вала будет происходить в ту или иную сторону. Кнопка «назад» может не удерживаться, поскольку катушка сама принимает нужное положение благодаря функции самоподхвата.

На всех трех кнопках имеется блокировка, которая исключает возможность их одновременного нажатия. В такой ситуации велика вероятность выхода из строя электрической части оборудования. Поэтому, для блокировки кнопок используется специальный блок-контакт, расположенный внутри соответствующего контактора.

Векторное управление

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

Читать еще:  Что означает мощность двигателя ограничена

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.

Читать еще:  Где находится датчик давления масла двигатель 4м40

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.

Метод управленияДиапазон управления скоростьюВремя нарастания моментаПусковой моментСтоимостьПогрешность регулирования скоростиОписание
Скалярный1:10Не регулируетсяНевысокийНебольшаяОт 5 до 10%Прост в исполнении, имеет узкий интервал регулирования скорости, значительное время отклика
Векторное полеорентированноеБолее 1: 4001-2 мсВысокийВысокаяПозволяет плавно регулировать момент и частоту вращения вала. Необходимо определение положения ротора
Векторное с пространственно-векторной модуляцией напряжения;Более 1: 4001-2 мсВысокийВысокаяСочетает достоинства полеориентированного и прямого управления
Прямое с таблицей выключенияБолее 1: 400Менее 1 мсВысокийВысокаяОбладает отличными динамическими параметрами. Недостаток: значительные пульсации момента и тока
Прямое самоуправлениеБолее 1: 4001-2 мсВысокийВысокаяСнижает потери при управлении приводом значительной мощности

Заключение

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector