Расчет и моделирование электропривода с векторным управлением для вращателя бурового станка Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 62-83:621.313.3

В.В.АЛЕКСЕЕВ

Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет)

РАСЧЕТ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ВРАЩАТЕЛЯ БУРОВОГО СТАНКА

Одним из основных направлений совершенствования электромеханических и электротехнических технологий для горно-добывающей и нефтегазовой промышленности является проектирование и применение векторных систем управления частотными приводами с асинхронными двигателями. Показана методика расчета регуляторов системы векторного управления асинхронным электроприводом для вращателя бурового станка. Приведены схемы и модели электропривода, выполненные в системах Диспас и Матлаб. Представлены переходные процессы в приводе с двигателем 4A280S6.

One of the main directions of perfecting of electromechanical and electrotechnical technologies for mining and petroleum and gas industry is the designing and application of vector control systems of frequent drives with asynchronous drives. The technique of account of the governors of a system of vectorial management of the asynchronous electric drive for mechanism of the chisel machine tool is given. The circuits(scheme) and models of the electric drive executed in systems Dispas and Matlab are indicated. The transients in the drive with a drive 4A280S6 are presented.

Структурная схема системы векторного управления с опорным вектором главного потокосцепления и преобразователем частоты в виде апериодического звена с постоянной времени Тт представлена на рисунке. Система содержит канал управления модулем главного потокосцепления |Уо| и канал управления скоростью ю с внутренним контуром регулирования активной составляющей тока ,2 асинхронного двигателя.

Вектором выходных переменных является {|У0|, ю}. Компенсирующие нелинейные связи напряжения и1к = -p0юLs (1 - к8кг )/2,

и2к = р0ю|¥0| содержат составляющую

p0юLs(1 - кку2 = к2кг2ю, которая может быть использована для реализации контура регулирования с поддержанием постоянства мощности (,2ю = сом^.

Параметры структурной схемы:

T _ 1 - kSkr Lr Ixjj —

1 - kS

Ti _

(1 - kskr L .

rS + krrr '

Г = 1 Р • к = К - кг ) ^ •

2 1 - к8 Гг

к, =-1-; Тт = 0,0033 - 0,005 с.

г8 + кгГг

Для расчета параметров структурной схемы и параметров двигателя серии 4А разработана Программа расчета параметров модели АД по Г-образной схеме замещения. В модели двигателя и тексте программ расчета вместо греческих букв применены латинские: вместо У - F (или Ф), вместо ю - п или w, вместо а - ё и вместо Р - q.

Расчет регуляторов системы проводит-^ *

ся по известной методике .

Контур стабилизации потока (|У0|) выполняем при помощи ПИ-регулятора

ж (р) = к2((к1/к2)р +1) = Тср +1,

пи1 Р ТиР '

* Рудаков В.В. Электроприводы с программным управлением и последовательной коррекцией / ЛГИ. Л., 1990. 103 с.

r

М

к - Р /к + 1 Кл > О > Кит

Р Т и1к ТтР + 1 ТцР + 1

к1к =1=

- К - Р /Кб + 1 Кб

Р

ХНз

Кц

X

Кл

К3 - Р /К4 + 1 К4

Р

— Ти

К4 -о-

К

Т„Р + 1

К

К,-

Тр + 1

ы

X

с

Jp

Структурная схема векторной системы с асинхронным двигателем где Ти = Vк„+1 и Тс= К1К

+1 - шстоянньш времени интегратора и настройки.

Передаточную функцию разомкнутого канала управления главным потокосцепле-нием получаем, выбирая к1 / к2 = Т^,

W,( р )_ к2 ((V к2) Р + 1)к№ КтксМ ^)_ Р^Р + 1ХТр Р + 1) '

где кит - коэффициент передачи преобразователя частоты, В/В; к^ - коэффициент передачи датчика потока, В/Вб.

Настройка на технический оптимум определяет коэффициент

к2 _

1

2ТтК Кткс№

В контуре составляющей тока ,2 канала регулирования скорости ПИ-регулятор тока настраивается на технический оптимум. Его настройки:

к, _ 1/ (2Ттк,киткш) ; кз/ к, _ Т

7т Г7~т Г7~т Г7~т Г7~т Г7~т

х , > Тт , Тт _ Та , Т, _ ТЬ \

к, _ 1 (2Т,к,киткш) ; кз/ к4 _ Тт

при Т < Тт , Т _ Та , Тт _ Ть ,

где ка - коэффициент передачи датчика тока, В/А.

96 -

Передаточная функция объекта регулирования скоростного контура

Р) _

С к № т 0

кт

(ТтР +1) Р ЛТтР +1) Р

где кт = Стк<а\х¥о\ / ка,; Тт = 2Та; J - момент инерции, кг-м2

При использовании П-регулятора скорости его передаточная функция

кг* _

ДАю

С к 4Т №

юн1 а Т 0

С целью получения заданной статической точности коэффициент кгю рассчитывается по известной методике.

При применении ПИ-регулятора и настройке на технический оптимум имеем

к6 _

]

Т кт

к5 _ Г

где Тет = j / Ст\№0\2к, - электромеханическая постоянная времени.

Контур регулирования скорости с ПИ-регулятором может настраиваться по условиям симметричного оптимума (при Т > 4Т\

ет ^ а)•

к6 _

]

32Та2 кт

^ _ Т .

кб а

/SSN 0135-3500. Записки Горного института. Т. 157

3

ю

ю

1

к

6

Для расчета настроек регуляторов с учетом специфики компьютерных программ типа Диспас, Матлаб (система моделирования Simulink) разработана программа расчет регуляторов векторной САУ с АД.

При моделировании системы можно применить математическую модель АД, представляющую собой систему дифференциальных уравнений, с использованием составляющих потокосцепления и тока статора (в осях а, Р):

d_ dt

R

kR

"Va = -~f- Va - Pû®^rp +"L1 ^sa ; oLr oLr

d

Rr

kR

dt V-p +V-p;

V0a = V-a - GsLJsa ; Vop = V-p - CTsLsIsp ; I-a = (Va -«¿/(cL-) ; I-p = (V-p -¿^/(oL-) ;

d Ю = IJ ^l-p-^opI-a) MJ

где I-5 V0, V Vr, U - проекции обобщенного вектора тока статора, главного потокос-цепления, потокосцепления статора и ротора, напряжения статора на неподвижные оси a-p; Rs, Rr - активные сопроти

а-Р; Rs, Rr - активные сопротивления статора и ротора; а. = 1 - к. - коэффициент рассеяния статора; а = 1 - к.кг - коэффициент полного рассеяния; к. -Ьт /-Ь. - коэффициент потокосцепления статора; кг=Ьт/Ьг - коэффициент потокосцепления ротора; Ь. - индуктивность статора; Ьт - взаимная индуктивность между обмотками статора и ротора; аЬ. = Ь. и аЬг = Ьг - переходные индуктивности статора и ротора; т и р0 - число фаз статора и число пар полюсов; ю - частота вращения ротора; Мс - статический момент нагрузки.

Заметим, что другие электромагнитные переменные получаются по формулам

1га = (¥га - №а) / (аЬг), 1ф = (¥гР - №р) / (аЬг);

V « V

-a -p

V

Vrp « U- /(4,44 f ).

Анализ показывает, что в целом переходные процессы при пуске привода с векторным управлением по схеме (см. рисунок) в натурном приводе и модели идентичны. Особенностью моделирования скалярных систем управления асинхронным двигателем является необходимость учета насыщения магнитной системы машины.