УДК 62-83:621.313

Технические науки/5. Энергетика

Система управления вентильным двигателем на основе непосредственного преобразователя частоты с ШИМ

Д.т.н. Сагитов П.И.

Доц. Алексеев С.Б.

Алматинский университет энергетики и связи, Казахстан

Типовая структура вентильного двигателя (ВД) содержит в своем составе полупроводниковый преобразователь, синхронный электродвигатель, датчик положения ротора (ДПР) и систему управления. Подходы к построению схем преобразователей для ВД достаточно разнообразны [1] и определяются в каждом конкретном случае техническими требованиями, предъявляемыми к электроприводу. В основном применяются схемы на основе автономных инверторов тока и напряжения, непосредственных преобразователей частоты (НПЧ) с естественной коммутацией. Существенным недостатком схем на базе автономных инверторов является двукратное преобразование энергии, что приводит к дополнительным потерям и увеличению массогабаритных показателей по сравнению с НПЧ, обеспечивающих однократное преобразование. В то же время преимущественное применение в НПЧ фазового метода регулирования напряжения приводит к ухудшению гармонического состава выходного напряжения.

Добиться улучшения электромагнитной совместимости НПЧ, работающего в составе ВД, с питающей сетью и нагрузкой возможно применением метода широтно-имульсной модуляции (ШИМ) выходного напряжения по синусоидальному закону. Применение в этом случае современных полностью управляемых полупроводниковых ключей, совместно с микропроцессорной системой управления, позволяет существенно расширить диапазон плавного регулирования скорости ВД, повысить энергетические показатели.

Система управления может быть полностью реализована на основе цифровых технологий без ДПР с определением положения ротора и скорости вращения косвенным образом, что потребует применения мощных и, соответственно, дорогих процессоров. В другом случае часть функций формирования сигналов управления может быть реализована аппаратными средствами, а часть передается микропроцессорной системе, что разгружает процессор от дополнительных вычислений.

В предлагаемой системе управления (рисунок 1) в качестве ДПР применен трехфазный сельсин. Данная микромашина обладает достаточно высокой надежностью и позволяет не только определить угловое положение ротора, но и быть одновременно источником синусоидального модулирующего напряжения для системы управления и датчиком скорости. При таком построении системы отпадает необходимость в цифровой реализации трехфазного задающего генератора модулирующего напряжения для обеспечения ШИМ и датчика скорости, что освобождает процессор для других вычислений.

Рисунок 1- Функциональная схема системы управления

Вентильный электродвигатель, в котором реализован предлагаемый способ управления, работает следующим образом.

Напряжение, снимаемое с ДПР (сельсин), сигнализирует о положении ротора в пространстве и в то же время является задающим синусоидальным напряжением для микропроцессорной системы управления (МСУ), обеспечивая модуляцию по синусоидальному закону и отрицательную обратную связь по скорости. В установившемся режиме НПЧ формирует напряжение на фазах синхронного двигателя (СД) из огибающей системы трехфазного напряжения в виде последовательности импульсов переменной длительности, ширина которых зависит от результата сравнения синусоидального напряжения, поступающего с сельсина, опорного напряжения пилообразной формы с заданной частотой и напряжения смещения пропорционального колебаниям напряжения сети. Напряжение смещения, пропорциональное колебаниям напряжения питания, обеспечивает стабилизацию выходного напряжения при колебаниях входного напряжения в пределах 5 – 10%. Напряжение обратной связи, пропорциональное току вентильного электродвигателя с датчика тока (ДТ), воздействует на амплитуду пилы, обеспечивая устойчивую работу в переходных режимах.

С целью улучшения использования напряжения при регулировании частоты вращения ВД в широком диапазоне в МСУ изменятся кратность отношения несущей и модулирующей частот при переходе от низкой частоты к более высокой, что обеспечивает минимальные потери в преобразователе при наилучшем гармоническом составе выходного напряжения.

Литература:

1. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе/ А.Я. Берштейн и др. Под ред. Р.С. Сарбатова.- М: Энергия, 1980.

2. А.С. № 1309240. СССР. Способ регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя //Алексеев С.Б., опубликовано в Б.И. 1989, № 25.